Illustration de la réponse atomique rapide des nanoparticules de fer-platine à la lumière laser. Les atomes de fer sont représentés en rouge, atomes de platine en bleu. Un bref éclair de lumière laser rouge démagnétise l'échantillon (passage des flèches alignées à l'orientation aléatoire des flèches). Cela conduit à une compression de la structure atomique dans un sens et à une expansion dans un autre. Crédit :Greg Stewart/SLAC National Accelerator Laboratory
Des scientifiques du laboratoire national des accélérateurs SLAC du ministère de l'Énergie ont vu pour la première fois comment les atomes des nanoparticules de fer-platine – un matériau de nouvelle génération pour les dispositifs de stockage de données magnétiques – réagissent extrêmement rapidement aux brefs éclairs laser. La compréhension de ces mouvements fondamentaux pourrait potentiellement conduire à de nouvelles façons de manipuler et de contrôler ces appareils avec la lumière.
Combinant des instantanés de deux « caméras » à résolution atomique ultrarapide de premier plan au SLAC – le laser à rayons X Linac Coherent Light Source (LCLS) et un appareil de diffraction ultrarapide des électrons (UED) – l'équipe a montré que les flashs laser démagnétisent le fer -des particules de platine en moins d'un trillionième de seconde, provoquant le rapprochement des atomes du matériau dans un sens et leur éloignement dans un autre.
Les résultats fournissent également la première description au niveau atomique de la déformation mécanique, connu sous le nom de magnétostriction, se produisant dans les matériaux magnétiques lorsque l'aimantation est modifiée. Le phénomène se manifeste de plusieurs manières, y compris le bourdonnement électrique des transformateurs. Avant l'étude, publié aujourd'hui dans Communication Nature , les chercheurs avaient supposé que ces changements structurels se produisaient relativement lentement. Cependant, les nouvelles données suggèrent que les processus ultrarapides pourraient jouer un rôle important.
"Les modèles précédents des propriétés des nanoparticules de fer-platine ne tenaient pas compte de ces mouvements atomiques extrêmement rapides et fondamentaux, " dit Hermann Dürr, le chercheur principal de l'étude du Stanford Institute for Materials and Energy Sciences (SIMES), qui est exploité conjointement par SLAC et Stanford. « Bien que nous ne comprenions pas encore toutes les ramifications de ces processus, les inclure dans nos calculs pourrait ouvrir de nouvelles voies pour le développement de futures technologies de stockage de données."
Image de nanoparticules de fer-platine prise au microscope électronique à transmission à balayage. Crédit :Tyler Chase/Stanford/SLAC National Accelerator Laboratory
Repousser les limites du stockage de données magnétiques
Les dispositifs de stockage magnétique sont largement utilisés pour enregistrer les informations produites dans pratiquement tous les domaines de notre monde numérique, et ils sont censés rester des solutions de stockage de données cruciales dans un avenir prévisible. Face à des quantités toujours croissantes de volumes de données mondiaux, les ingénieurs en matériel informatique visent à maximiser la densité avec laquelle ces supports peuvent stocker des informations.
Cependant, les technologies actuelles approchent de leurs limites techniques. Les disques durs d'aujourd'hui, par exemple, peut atteindre des densités de stockage de plusieurs centaines de milliards de bits par pouce carré, et les futurs appareils similaires ne devraient pas dépasser beaucoup plus d'un billion de bits par pouce carré. De nouveaux développements sont nécessaires pour faire passer le stockage de données magnétiques au niveau supérieur.
Modèle d'intensité sur un détecteur créé par des rayons X (à gauche) et des électrons qui ont traversé un échantillon de nanoparticules de fer et de platine. Les données radiographiques révèlent des informations sur l'état magnétique de l'échantillon, et les données électroniques fournissent des détails sur la structure atomique. Crédit :Alexander Reid/SLAC National Accelerator Laboratory
"Une approche très prometteuse qui pourrait nous emmener là-bas est l'enregistrement magnétique assisté par la chaleur sur des disques durs utilisant des grains nanométriques de matériaux comme le fer-platine, " dit Eric Fullerton, directeur du Center for Memory and Recording Research de l'Université de Californie, San Diego, et co-auteur de la nouvelle étude. « Dans cette méthode, les informations sont codées avec un laser nanofocalisé et un champ magnétique, ou peut-être même un laser seul, qui commutent l'aimantation des nanoparticules. Ces disques de nouvelle génération, qui peut avoir des densités de stockage beaucoup plus importantes, sont déjà testés dans l'industrie et pourraient bientôt devenir disponibles dans le commerce."
