Un láser en lugar de un imán podría escribir en discos duros 1.000 veces más rápido

Todos los discos duros y muchos otros dispositivos de almacenamiento de datos se basan en el mismo principio. Una fina capa magnética se divide en innumerables áreas diminutas cuya magnetización apunta en una dirección u otra. Una dirección representa un uno, la otra un cero. Para escribir datos, un cabezal de escritura debe invertir específicamente la magnetización de estas áreas, previamente con la ayuda de un campo magnético externo. Este proceso ha demostrado ser eficaz durante décadas, pero tiene sus limitaciones. Consume una cantidad relativamente grande de energía y la velocidad a la que se pueden cambiar las áreas magnéticas es limitada. Además, resulta cada vez más difícil reducir aún más las áreas para acomodar más datos en la misma área. A medida que se almacenan cada vez más datos en todo el mundo, los investigadores buscan formas más rápidas y económicas de escribir información magnética, y la luz se considera particularmente prometedora.

El proceso en el que la luz en lugar del imán invierte la magnetización se llama conmutación óptica. La luz tiene dos grandes ventajas. Puede liberar su energía extremadamente rápido y concentrarse con mucha precisión en un área pequeña. Son especialmente adecuados los llamados láseres de femtosegundos, que generan impulsos de luz ultracortos. Un femtosegundo es una billonésima de segundo. Estos impulsos pueden calentar un material en un tiempo inimaginablemente corto y, por tanto, cambiar su orden magnético. Sin embargo, hasta ahora la conmutación óptica presentaba un problema crucial. Experimentos anteriores han demostrado que solo funciona en pilas de capas magnéticas muy finas con hasta tres capas magnéticas y también requiere luz con una determinada dirección de oscilación, es decir, una determinada polarización. Más capas suprimieron el efecto. Esto fue exactamente un problema en la práctica, porque las capas más gruesas mantienen estable la información almacenada durante más tiempo.

Cómo cambia el láser la capa del disco duro

El equipo dirigido por el ingeniero eléctrico Abdoulaye Ndao abordó el problema desde el lado positivo. En lugar de desarrollar un nuevo material magnético, los investigadores remodelaron el propio rayo láser. Utilizando un sistema óptico especialmente diseñado, enfocaron, moldearon y estrecharon la luz de un láser de femtosegundo hasta tal punto que su energía se concentró en un área diminuta. Expusieron esta zona a varios pulsos ultracortos uno tras otro. Los primeros pulsos calientan una pequeña zona con tanta fuerza que se invierte la magnetización. Los pulsos posteriores aumentan gradualmente esta área conmutada hasta que permanece estable. Según el primer autor, Muhammad Waleed Khalid, la luz con una forma especial cambió los procesos físicos en el material a micro y nanoescala. Los investigadores publicaron sus hallazgos en la revista Nature Communications; El anuncio de la universidad apareció el 25 de septiembre.

Nueve capas de platino y cobalto.

Con la viga perfilada, los investigadores superaron ambas limitaciones anteriores. Cambiaron la magnetización a un material significativamente más grueso compuesto por nueve capas alternas de platino y cobalto. Estos sistemas de capas compuestos de platino y cobalto se utilizan ampliamente en la investigación sobre almacenamiento magnético. Al mismo tiempo, la conmutación ya no dependía de la polarización de la luz. Esto elimina un requisito técnico que habría dificultado la construcción de futuros cabezales de escritura. Según los investigadores, el efecto fue tan inusual que pasaron mucho tiempo repitiendo y validando los experimentos para convencer a sus colegas de que no se trataba de una coincidencia aislada. El trabajo fue posible gracias a la colaboración entre el grupo de óptica de NDAO y Eric Fullerton, un experto en películas delgadas magnéticas del Centro de Investigación de Memoria y Grabación de la universidad, dos áreas de especialización que rara vez se superponen.

Porque la luz podría acelerar el almacenamiento de datos

La mayor ventaja de la conmutación óptica es la velocidad. Los investigadores estiman que podría ser más de 1.000 veces más rápido que los métodos actuales que utilizan campos magnéticos externos. A esto se suma la posible densidad de almacenamiento. Según Ndao, se aplica una regla simple: cuanto más pequeño es el rayo de luz, más pequeños y densos se pueden organizar los bits almacenados. Por lo tanto, un radio significativamente reducido podría ayudar a incluir más datos en la misma área. El consumo de energía también podría reducirse porque la luz libera su energía sólo cuando es necesario encender una parte. La búsqueda de nuevas tecnologías de almacenamiento se da de muchas maneras, desde métodos magnéticos hasta medios ópticos como un disco que almacena hasta 2 terabytes y está diseñado para durar 50 años de datos.

Cuando los láseres podrían pasar a los discos duros

Todavía queda un largo camino por recorrer antes de que pueda utilizarse en dispositivos de almacenamiento disponibles comercialmente, como señalan los propios investigadores. Actualmente, el proceso requiere un láser de pulso ultracorto especializado, que no se puede integrar fácilmente en chips de computadora o cabezales de escritura. Una posible solución es encontrar materiales magnéticos que presenten efectos similares a los del láser y sean más fáciles de incorporar a los sistemas electrónicos. El equipo también está trabajando para reducir aún más el tamaño del rayo láser, si es posible hasta unos pocos cientos de nanómetros. Para ello, los investigadores están estudiando estructuras ópticas que puedan concentrar la luz en áreas aún más pequeñas. La estimación de velocidad de más de 1.000 veces describe el potencial del principio, no el rendimiento del dispositivo terminado. Sin embargo, el trabajo muestra una nueva forma: en lugar de adaptar el material a la luz, la luz se puede diseñar de tal manera que desbloquee nuevas propiedades del material que antes se pensaban imposibles.

Nature Communications, dominios magnéticos reconfigurables inducidos por la conformación del haz óptico; doi:10.1038/s41467-026-77572-3