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Un fascio di luce minuscolo, modellato con estrema precisione, potrebbe rendere la memoria dei computer oltre 1.000 volte più veloce. Un gruppo di ingegneri della University of California San Diego ha messo a punto un sistema per scrivere informazioni digitali usando un laser ultraveloce al posto dei classici campi magnetici, un approccio che punta a dispositivi di archiviazione più piccoli, più rapidi e decisamente meno energivori. Lo studio è stato pubblicato sulla rivista Nature Communications e riguarda il processo alla base di qualsiasi scrittura di dati, ovvero il cambio dello stato magnetico di un materiale.
Gli hard disk e gran parte dei sistemi di archiviazione moderni sfruttano infatti piccolissime regioni magnetiche per codificare le informazioni sotto forma di uno e zero. Per registrare nuovi dati serve normalmente un campo magnetico esterno che modifichi l’orientamento di queste aree. Il problema è che l’operazione richiede parecchia energia e pone un limite piuttosto rigido alla velocità di scrittura. Il team californiano ha dimostrato un’alternativa chiamata commutazione ottica, in cui è la luce a ribaltare gli stati magnetici. La luce può trasportare energia in impulsi brevissimi e concentrarsi su superfici minuscole, e secondo i ricercatori questo permetterebbe di raggiungere velocità più di 1.000 volte superiori rispetto ai metodi tradizionali.
Un raggio rimpicciolito per superare due vecchi ostacoli
Per arrivare al risultato gli ingegneri hanno lavorato su un laser specializzato, intervenendo sulla forma e sulle dimensioni del fascio. Quello ottenuto è molto più piccolo rispetto ai raggi usati negli esperimenti precedenti, con una riduzione che gli autori descrivono nell’ordine di decine di ordini di grandezza. Un controllo così fine apre anche la strada a una densità di archiviazione più alta, perché concentrando l’energia su aree magnetiche più ridotte si potrebbero immagazzinare più dati senza aumentare l’ingombro fisico dei dispositivi. “Più piccolo è il fascio, più piccola e densa diventa la memoria ottica”, ha spiegato Abdoulaye Ndao, docente del Dipartimento di ingegneria elettrica e informatica della UC San Diego Jacobs School of Engineering e autore senior della ricerca.
Fino a oggi la commutazione ottica aveva due grossi limiti. Funzionava soltanto con strutture magnetiche sottilissime, composte al massimo da tre strati, e richiedeva una luce con una polarizzazione precisa, cioè con onde elettromagnetiche orientate in un modo specifico. “Gli esperimenti passati avevano rilevato che aumentare lo spessore del materiale oltre i tre strati sopprimeva la commutazione ottica”, ha ricordato Ndao. Un vincolo pesante, dato che proprio gli strati più spessi aiutano a conservare le informazioni nel lungo periodo.
Rimodellando e riducendo il raggio, il gruppo è riuscito ad aggirare entrambe le barriere. La commutazione è stata ottenuta su una struttura molto più spessa, formata da nove strati alternati di platino e cobalto, e senza alcuna polarizzazione particolare della luce. Il meccanismo prevede una sequenza di impulsi ultrarapidi concentrati in un punto minuscolo. I primi riscaldano per un istante una piccola zona del materiale, che inverte il proprio orientamento magnetico, mentre quelli successivi allargano gradualmente l’area invertita finché il nuovo stato non diventa stabile. “Abbiamo progettato otticamente la luce per cambiare la fisica che avviene nel materiale su scala micro e nanometrica”, ha detto Muhammad Waleed Khalid, dottorando nel gruppo di Ndao e primo autore dello studio.
Una scoperta difficile da far accettare e le sfide ancora aperte
I risultati erano talmente diversi da quanto ritenuto possibile che convincere la comunità scientifica non è stato semplice. “Gli effetti che osservavamo erano così nuovi e insoliti che abbiamo faticato a convincere gli altri che non si trattasse di un caso isolato”, ha raccontato Khalid, spiegando che il team ha dedicato molto tempo a ripetere e verificare gli esperimenti. La svolta nasce dall’incontro tra due ambiti che raramente dialogano, l’ottica e i materiali magnetici. Il gruppo di Ndao ha infatti collaborato con Eric Fullerton, esperto di film sottili magnetici e titolare della cattedra del Center for Memory and Recording Research dell’ateneo. “Invece di progettare un nuovo materiale, abbiamo riprogettato la luce stessa”, ha sintetizzato Ndao.
Prima di vedere questa tecnologia nei dispositivi di tutti i giorni, però, restano ostacoli concreti. Il principale riguarda proprio il laser ultraveloce impiegato, che nelle versioni attuali non si integra facilmente nei chip dei computer. I ricercatori stanno valutando strade alternative, come individuare materiali magnetici capaci di rispondere a sistemi laser più adatti all’hardware elettronico. Allo stesso tempo puntano a ridurre ulteriormente il fascio fino a poche centinaia di nanometri, esplorando strutture ottiche in grado di concentrare la luce in regioni sempre più piccole.
Fonte: TecnoAndroid