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 poder 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 su eficacia durante décadas, pero tiene sus límites. Consume una cantidad de energía comparativamente grande y la velocidad de conmutación de las zonas magnéticas es limitada. Además, cada vez resulta más difícil reducir aún más las áreas para poder 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 de un imán, invierte la magnetización se llama conmutación óptica. La luz tiene dos ventajas principales. Puede liberar su energía extremadamente rápido y puede 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 la billonésima parte de un 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 tenía un inconveniente crucial. Experimentos anteriores demostraron que sólo funciona en pilas de capas magnéticas muy finas con un máximo de tres capas magnéticas y que además requiere luz con una dirección de oscilación determinada, es decir, una polarización determinada. 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 el láser cambia la capa del disco duro

El equipo dirigido por el ingeniero eléctrico Abdoulaye Ndao abordó el problema desde el lado luminoso. En lugar de desarrollar un nuevo material magnético, los investigadores remodelaron el propio rayo láser. Utilizando un sistema óptico especialmente diseñado, enfocaron, dieron forma y redujeron la luz de un láser de femtosegundo hasta tal punto que su energía se concentró en un área pequeña. 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 allí. Los siguientes pulsos aumentan gradualmente esta área conmutada hasta que permanece estable. Según el primer autor, Muhammad Waleed Khalid, la luz con una forma específica cambió los procesos físicos en el material a micro y nanoescala. Los investigadores publicaron sus resultados 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 en un material significativamente más grueso compuesto por nueve capas alternas de platino y cobalto. Estos sistemas de capas de platino y cobalto se utilizan ampliamente en la investigación sobre el 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 única. 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.

Por qué 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 sencilla: cuanto más pequeño sea el haz de luz, más pequeños y densos se podrán disponer los bits almacenados. Por lo tanto, un haz muy reducido podría ayudar a incluir más datos en la misma área. El consumo de energía también podría reducirse, ya que la luz solo libera su energía precisamente allí donde es necesario conectar un bit. La búsqueda de nuevas tecnologías de almacenamiento se está dando 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 destacan 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 láseres, que 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 investigando estructuras ópticas que puedan concentrar la luz en áreas aún más pequeñas. La estimación de una velocidad más de 1.000 veces más rápida describe el potencial del principio, no el rendimiento de un dispositivo terminado. Sin embargo, el trabajo muestra un nuevo camino: en lugar de adaptar el material a la luz, la luz se puede diseñar de tal manera que abra nuevas propiedades en el material que antes se consideraban imposibles.

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