Il Prof. Olav Hellwig dell’Istituto di Fisica dei Fasci di Ioni e Ricerca sui Materiali del Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf ha spiegato che un dominio cilindrico, o dominio a bolla, è una piccola area in uno strato magnetico sottile dove gli spin degli elettroni, che generano il momento magnetico nel materiale, sono orientati in una direzione specifica. Questo crea una magnetizzazione che si differenzia dall’ambiente circostante.
Le pareti di dominio, che si formano ai bordi di questi domini cilindrici, sono cruciali nella tecnologia di memorizzazione magnetica che il team di Hellwig sta sviluppando. La direzione di magnetizzazione di queste pareti, che può essere oraria o antioraria, è utilizzata per codificare i bit. La capacità di controllare con precisione la struttura degli spin nelle pareti di dominio è fondamentale per questa tecnologia.
Hellwig ha anche evidenziato che gli attuali dischi rigidi, con larghezze di traccia di 30-40 nanometri e lunghezze di bit di 15-20 nanometri, raggiungono una densità di dati di circa un terabyte per superficie delle dimensioni di un francobollo. Il suo team mira a superare questo limite di densità di dati estendendo la memorizzazione nella terza dimensione.
Per realizzare ciò, hanno utilizzato strutture multistrato di metamateriali, combinando strati alternati di cobalto e platino, separati da strati di rutenio, depositati su wafer di silicio. Questo materiale risultante è un antiferromagnete sintetico, caratterizzato da una struttura di magnetizzazione verticale in cui i blocchi di strati adiacenti hanno direzioni di magnetizzazione opposte, risultando in una magnetizzazione netta neutrale.
Il concetto di memoria a pista è centrale in questo sistema. È simile a una pista di corsa lungo la quale i bit sono disposti come una stringa di perle. La capacità di controllare specificamente lo spessore degli strati e, di conseguenza, le loro proprietà magnetiche, permette di adattare il comportamento magnetico dell’antiferromagnete sintetico per memorizzare non solo bit singoli, ma intere sequenze di bit, attraverso una direzione di magnetizzazione dipendente dalla profondità delle pareti di dominio.
Questa tecnologia offre la prospettiva di trasportare tali domini cilindrici multi-bit lungo queste “autostrade” dati magnetiche in modo controllato, veloce ed efficiente dal punto di vista energetico.
Inoltre, esiste un potenziale per altre applicazioni nella magnetoelettronica, come l’uso in sensori magnetoresistivi o componenti spintronici. Questi complessi nano-oggetti magnetici hanno anche un grande potenziale per implementazioni magnetiche in reti neurali che potrebbero elaborare dati in modo simile al cervello umano.