Résumé :
En remodelant et en rétrécissant un faisceau laser ultrarapide, des chercheurs de l'Université de San Diego ont réalisé une commutation optique dans un matériau magnétique composé de neuf couches alternées de platine et de cobalt, dépassant ainsi la limite habituelle d'épaisseur du matériau de trois couches maximum dans les expériences précédentes. Les résultats de la recherche ont été publiés dans "Nature Communications" le 15 septembre.
Les informations numériques du disque dur sont représentées par un grand nombre de minuscules zones magnétiques. Les méthodes d'écriture traditionnelles s'appuient généralement sur des champs magnétiques externes pour inverser l'état des zones magnétiques, ce qui consomme beaucoup d'énergie et limite la vitesse d'écriture des données. Les chercheurs estiment que la commutation optique, qui utilise des impulsions lumineuses extrêmement courtes et focalisables pour modifier les états magnétiques, peut être plus de mille fois plus rapide que les méthodes reposant sur des champs magnétiques externes, mais a été limitée dans le passé par la structure du matériau magnétique et les conditions de polarisation de la lumière.
Des expériences précédentes ont montré que lorsque l'épaisseur du matériau magnétique dépasse trois couches, l'effet de commutation optique est supprimé, limitant l'épaisseur du matériau et la capacité de conserver les données pendant une longue période ; les premiers plans exigeaient également que la lumière ait une polarisation spécifique, c'est-à-dire que la direction du champ électrique doit répondre à des conditions spécifiques. Cette fois, l’équipe a réussi à commuter la structure platine-cobalt à neuf couches en ajustant la forme, la taille et la répartition de l’énergie du faisceau. Dans le même temps, il ne nécessite plus de polarisation spécifique, ce qui montre que l’ingénierie du faisceau a le potentiel de dépasser les limites des matériaux et de la lumière.
Le retournement de magnétisation se produit progressivement sur plusieurs impulsions laser. Les premières impulsions concentrent suffisamment de chaleur dans une zone minuscule pour inverser l’état magnétique dans cette zone ; les impulsions suivantes élargissent progressivement la zone inversée jusqu'à ce qu'elle se stabilise. Par conséquent, contrôler où tombe l’énergie lumineuse aide à déterminer comment les régions magnétisées se forment et se développent. L'équipe de recherche a déclaré que plus le faisceau est petit, plus il est possible de réaliser à l'avenir un stockage optique plus petit et plus dense dans le même espace.
La recherche a été réalisée par l'équipe d'optique en collaboration avec des experts en matériaux magnétiques à couches minces. Abdoulaye Endao, auteur principal de l'article et professeur au département de génie électrique et informatique de l'école, a déclaré que l'équipe n'a pas repensé le matériau magnétique, mais a redessiné la lumière elle-même pour observer des propriétés qui n'avaient pas été crues possibles auparavant. Le premier auteur, Mohammed Walid Khalid, a déclaré que les résultats expérimentaux étaient nouveaux et inhabituels, et que l'équipe a passé beaucoup de temps à répéter les expériences pour confirmer que les résultats n'étaient pas accidentels.
L'équipe travaille actuellement sur des structures optiques capables de confiner la lumière dans des espaces plus petits, dans le but de réduire le faisceau à des centaines de nanomètres pour explorer comment la lumière artificielle peut contrôler le magnétisme à une plus petite échelle. Pour une utilisation dans des dispositifs de stockage commerciaux, le problème de la manière pratique de générer et de délivrer les impulsions doit également être résolu. Le laser ultrarapide spécialisé utilisé dans l’expérience est actuellement difficile à intégrer dans une puce informatique. Une autre piste possible est de trouver des matériaux magnétiques capables de produire des effets similaires sous l’action de lasers plus faciles à intégrer.
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