Comment les ondes magnétiques se comportent-elles dans les antiferromagnétiques et comment se propagent-elles ? Quel rôle jouent les « murs de domaine » dans le processus ? Et qu'est-ce que cela pourrait signifier pour l'avenir du stockage de données ? Ces questions font l'objet d'une publication récente dans la revue Lettres d'examen physique d'une équipe de recherche internationale dirigée par le physicien de Constance Dr. Davide Bossini. L'équipe rapporte les phénomènes magnétiques dans les antiferromagnétiques qui peuvent être induits par des impulsions laser ultrarapides (femtosecondes) et avec le potentiel de doter les matériaux de nouvelles fonctionnalités pour des applications de stockage de données ultrarapides et économes en énergie.

La demande de capacité de stockage augmente plus vite que l'infrastructure disponible

L'utilisation de plus en plus importante des technologies Big Data et des services de données basés sur le cloud signifie que la demande mondiale de stockage de données est en constante augmentation, ainsi que le besoin d'un traitement des données toujours plus rapide. À la fois, les technologies actuellement disponibles ne pourront pas suivre indéfiniment. "Les estimations disent que la demande croissante ne peut être satisfaite que pendant une période limitée d'environ 10 ans, si pas de roman, des technologies plus efficaces pour le stockage et le traitement des données peuvent être développées dans l'intervalle, " déclare le physicien Dr. Davide Bossini de l'Université de Constance et auteur principal de l'étude.

Pour éviter une crise des données, il ne suffira pas de simplement continuer à construire de plus en plus de centres de données, fonctionnant à l'état de l'art actuel. Les technologies du futur doivent également être plus rapides et plus économes en énergie que le stockage de masse traditionnel, basé sur des disques durs magnétiques. Une classe de matériaux, antiferromagnétiques, est un candidat prometteur pour le développement de la prochaine génération de technologies de l'information.

La structure des antiferromagnétiques

Nous connaissons tous les aimants domestiques fabriqués à partir de fer ou d'autres matériaux ferromagnétiques. Ces matériaux ont des atomes qui sont tous orientés magnétiquement dans la même direction, comme les petites aiguilles d'une boussole, de sorte qu'une polarisation magnétique (magnétisation) se produit qui affecte l'environnement environnant. Les antiferromagnétiques, par contre, ont des atomes avec des moments magnétiques alternatifs qui s'annulent. Les antiferroaimants n'ont donc aucune magnétisation nette et donc aucun impact magnétique sur le milieu environnant.

À l'intérieur, bien que, ces corps antiferromagnétiques abondamment trouvés dans la nature sont divisés en de nombreuses zones plus petites appelées domaines, où les moments magnétiques orientés de manière opposée sont alignés dans des directions différentes. Les domaines sont séparés les uns des autres par des zones de transition appelées « murs de domaine ».

« Bien que ces zones de transition soient bien connues dans les antiferromagnétiques, jusqu'à maintenant, on savait peu de choses sur l'influence des parois de domaine sur les propriétés magnétiques des antiferromagnétiques, en particulier pendant des incréments de temps extrêmement courts, " dit le Dr Bossini.

Phénomènes magnétiques femtosecondes

Dans l'article actuel, les chercheurs décrivent ce qui se passe lorsque les antiferromagnétiques (plus précisément, cristaux d'oxyde de nickel) sont exposés à des impulsions laser ultrarapides (femtosecondes). L'échelle femtoseconde est si courte que même la lumière ne peut se déplacer que sur une très petite distance pendant cette période de temps. Dans un quadrillionième de seconde (une femtoseconde), la lumière ne parcourt que 0,3 micromètre, soit l'équivalent du diamètre d'une petite bactérie.

L'équipe internationale de chercheurs a montré que les parois de domaines jouent un rôle actif dans les propriétés dynamiques de l'oxyde de nickel antiferromagnétique. Les expériences ont révélé que des ondes magnétiques de différentes fréquences pouvaient être induites, amplifiés et même couplés entre eux dans différents domaines, mais uniquement en présence de parois de domaine. "Nos observations montrent que la présence omniprésente de parois de domaines dans les antiferromagnétiques pourrait potentiellement être utilisée pour doter ces matériaux de nouvelles fonctionnalités à l'échelle ultrarapide, " explique Bossini.

Étapes importantes vers un stockage de données plus efficace

La capacité de coupler différentes ondes magnétiques à travers les parois du domaine met en évidence le potentiel de contrôler activement la propagation des ondes magnétiques dans le temps et l'espace ainsi que le transfert d'énergie entre les ondes individuelles à l'échelle femtoseconde. C'est une condition préalable à l'utilisation de ces matériaux pour le stockage et le traitement ultrarapides des données.

De telles technologies de stockage de données basées sur des antiferromagnétiques seraient de plusieurs ordres de grandeur plus rapides et plus économes en énergie que les technologies actuelles. Ils seraient également capables de stocker et de traiter une plus grande quantité de données. Étant donné que les matériaux n'ont pas de magnétisation nette, ils seraient également moins vulnérables aux dysfonctionnements et aux manipulations externes. « Les futures technologies basées sur les antiferromagnétiques répondraient ainsi à toutes les exigences de la prochaine génération de technologie de stockage de données. Elles ont également le potentiel de suivre le rythme de la demande croissante de capacité de stockage et de traitement des données, " conclut Bossini.