Ao moldar e encolher a luz, os engenheiros alteram as propriedades magnéticas de um material
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Uma nova abordagem que utiliza luz para mudar os estados magnéticos de um material pode levar a um armazenamento de dados mais rápido, menor e com maior eficiência energética. Engenheiros da Universidade da Califórnia em San Diego publicaram suas descobertas na Nature Communications.
Em discos rígidos e outras tecnologias de armazenamento de dados, pequenas regiões magnéticas representam os 1s e 0s que constituem a informação digital. Alternar entre esses estados magnéticos normalmente requer um campo magnético externo. Mas essa abordagem utiliza uma grande quantidade de energia e limita a rapidez com que as informações podem ser escritas.
Os engenheiros da UC San Diego demonstraram uma abordagem diferente que usa luz em vez de um ímã para trocar informações magnéticas – um processo chamado comutação óptica. Como a luz pode fornecer energia de forma extremamente rápida e ser concentrada com precisão em uma pequena área, ela oferece o potencial de controlar bits magnéticos de forma mais rápida e eficiente. Os pesquisadores estimam que a comutação óptica pode ser mais de 1.000 vezes mais rápida do que abordagens que dependem de campos magnéticos externos.
Sua abordagem usa um feixe de laser ultrarrápido que eles moldaram e projetaram exclusivamente para ser extremamente pequeno – cerca de dezenas de ordens de magnitude menor do que os feixes usados em abordagens anteriores.
Controlar a magnetização em um material com esta luz especialmente projetada poderia permitir que mais dados fossem compactados em uma área menor. "Quanto menor o tamanho do feixe, menor e mais densa será a memória óptica", disse o autor sênior do estudo, Abdoulaye Ndao, professor do Departamento de Engenharia Elétrica e de Computação da Escola de Engenharia UC San Diego Jacobs.
Pesquisas anteriores mostraram que a comutação óptica só era possível em pilhas magnéticas muito finas, consistindo em não mais do que três camadas magnéticas, e somente quando um tipo específico de luz polarizada era usado. "Experiências anteriores descobriram que aumentar a espessura do material além de três camadas suprimia a comutação óptica", disse Ndao. "Isso restringiu a espessura total do material magnético e, portanto, a sua capacidade de reter memória a longo prazo."
Mas ao moldar e encolher a luz, a equipe de Ndao superou ambas as limitações. Eles demonstraram a comutação óptica em um material magnético mais espesso feito de nove camadas alternadas de platina e cobalto. Eles também descobriram que não precisavam mais depender da polarização da luz para conseguir a comutação.
"Projetamos opticamente a luz para mudar a física que está acontecendo no material em micro e nanoescala", disse o primeiro autor do estudo, Muhammad Waleed Khalid, Ph.D. em engenharia elétrica e de computação. estudante do grupo de pesquisa de Ndao.
A chave é concentrar a energia do feixe de luz em uma área minúscula e expô-la a múltiplos pulsos ultrarrápidos. Nesta escala extremamente pequena, os primeiros pulsos aquecem uma região minúscula o suficiente para criar uma área magnética invertida. Os pulsos de laser subsequentes expandem gradualmente a região comutada até que ela se torne estável.
"Trabalhar com um laser especializado nos permitiu projetar opticamente o feixe para ter uma determinada forma e tamanho", disse Khalid. "Isso nos deu espaço para explorar uma física mais fundamental, o que não pode ser feito com feixes de laser convencionais."
As descobertas trouxeram seus próprios desafios. "Os efeitos que observávamos eram tão novos e incomuns que tivemos dificuldade em convencer outras pessoas da área de que nossa descoberta não foi um acaso único. Gastamos muito tempo e esforço repetindo e verificando nossos experimentos para fundamentar nosso trabalho para a comunidade óptica", acrescentou Khalid.
O projeto de pesquisa reuniu conhecimentos especializados em óptica e materiais magnéticos – dois campos que normalmente não se sobrepõem, observou Ndao. O grupo de pesquisa óptica de Ndao uniu forças com Eric Fullerton, especialista em materiais magnéticos de película fina que é professor de engenharia elétrica e de computação, bem como engenharia química e nano, na UC San Diego e professor titular do Centro de Pesquisa de Memória e Gravação da UC San Diego. A colaboração permitiu aos pesquisadores abordar um desafio de longa data na memória magnética do lado óptico.
“Em vez de projetar um novo material para permitir a comutação óptica, redesenhamos a própria luz e mostramos novas propriedades que antes não se pensava serem possíveis”, disse Ndao.
Vários desafios permanecem antes que a tecnologia possa se tornar parte dos dispositivos de armazenamento comerciais. Atualmente, ele usa um laser ultrarrápido especializado que ainda não pode ser facilmente integrado em chips de computador. Outro caminho potencial é identificar materiais magnéticos que possam produzir efeitos semelhantes usando lasers que sejam mais fáceis de incorporar em sistemas eletrônicos.
Os pesquisadores também estão trabalhando para reduzir ainda mais o feixe de laser, potencialmente para algumas centenas de nanômetros. Eles estão investigando estruturas ópticas que poderiam confinar a luz em espaços ainda menores. O seu objetivo é compreender como a luz especialmente projetada pode ser usada para controlar o magnetismo em escalas cada vez mais pequenas.
Muhammad Waleed Khalid et al, Optical beam shaping induced reconfigurable magnetic domains, Nature Communications (2026). DOI: 10.1038/s41467-026-77572-3 Journal information: Nature Communications
Mestre em Inglês, editora desde 2021 com experiência em ensino superior e conteúdos de saúde. Dedicado a notícias científicas confiáveis. Perfil completo →
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