Trên đường lưu trữ dữ liệu nhanh hơn và hiệu quả hơn
Cách sóng từ hành xử như thế nào trong vật liệu phản sắt từ và nó lan truyền như thế nào? Các vách đômen đóng vai trò gì trong quá trình này? Phần trả lời của hai câu hỏi này có thể có ý nghĩa gì với tương lai của lưu trữ dữ liệu?
Các câu trả lời này đã hội tụ trong một công bố gần đây xuất bản trên tạp chí Physical Review Letters, kết quả nghiên cứu của một nhóm nghiên cứu quốc tế do nhà vật lý Davide Bossini dẫn dắt. Họ đã miêu tả hiện tượng từ trong vật liệu phản sắt từ có thể cảm thụ các xung laser ở mức siêu nhanh (femto giây) và với tiềm năng đem lại cho vật liệu này những chức năng mới về những ứng dụng lưu trữ dữ liệu hiệu quả về năng lượng và siêu nhanh.
Yêu cầu về năng lực lưu trữ đang tăng trưởng nhanh hơn hạ tầng cơ sở
Việc sử dụng công nghệ dữ liệu lớn và các dịch vụ dữ liệu đám mây không ngừng gia tăng cho thấy nhu cầu của toàn cầu về lưu trữ dữ liệu đang mở rộng một cách bền vững – cùng với sự cần thiết phải xử lý dữ liệu nhanh hơn. Cùng thời điểm này, các công nghệ hiện hữu sẽ không đủ khả năng phù hợp nữa. “Những ước tính cho thấy, có thể không thể đáp ứng nhu cầu đang gia tăng này trong một giai đoạn giới hạn 10 năm, nếu các công nghệ lưu trữ dữ liệu mới không hiệu quả hơn”, nhà vật lý Davide Bossini của trường đại học Konstanz nói.
Để ngăn một cuộc khủng hoảng dữ liệu có khả năng xảy ra, mọi việc không đơn giản là xây dựng những trung tâm lưu trữ dữ liệu nhiều hơn, vận hành nó theo những công nghệ hiện đại. Các công nghệ của tương lai phải nhanh hơn, hiệu quả năng lượng cao hơn việc lưu trữ dữ liệu truyền thống, trên cơ ở những đĩa từ cứng. Phản sắt từ, một lớp vật liệu là một ứng cử viên sáng giá cho việc phát triển công nghệ thông tin thế hệ mới.
Cấu trúc của phản sắt từ
TS. Davide Bossini (giữa) từng nhận được giải thưởng dành cho nhà nghiên cứu trẻ của IEEE Magnetics Society
Chúng ta đều đã quen với những nam châm được làm từ sắt hoặc các vật liệu sắt từ khác. Những vật liệu này đều có những nguyên tử được định hướng từ hóa theo cùng một hướng – giống như những cái kim nhỏ của một la bàn – vì vậy một cực từ (từ hóa) xuất hiện ảnh hưởng đến môi trường xung quanh. Vật liệu phản sắt từ, ngược lại, có những nguyên tử với những mô men từ xen kẽ loại bỏ nhau. Vật liệu phản sắt từ không bị từ hóa và do đó không tác động từ lên môi trường xung quanh.
Bên trong, dẫu sao những vật thể phản sắt từ được tìm thấy vô số trong tự nhiên bị phân tách thành nhiều phần nhỏ mà người ta gọi là các miền, nơi định hướng theo hướng đối lập các mô men từ được sắp hàng theo những hướng khác nhau. Các miền này được phân tách bằng các vùng chuyển tiếp gọi là ‘vách đômen”.
“Dẫu những khu vực chuyển tiếp này được biết đến nhiều trong vật liệu phản sắt từ nhưng cho đến tận bây giờ thì người ta vẫn còn biết rất ít về ảnh hưởng của các vách đômen lên các đặc tính từ của phản sắt từ – đặc biệt trong những thời gian gia tăng vô cùng ngắn”, tiến sĩ Bossini nói.
Hiện tượng từ trong femto giây
Trong bài báo này, các nhà nghiên cứu miêu tả những gì diễn ra khi phản sắt từ (cụ thể hơn là các tinh thể của nickel oxide) được các xung laser cực nhanh (femto giây) chiếu qua. Thang đo femto giây ngắn đến mức tia sáng chỉ có thể di chuyển trong một quãng thời gian rất ngắn. Trong 10-15 giây (một femto giây), ánh sáng đi được một quãng đường là 0,3 micro mét – tương đương chiều dài của một vi khuẩn.
Nhóm nghiên cứu quốc tế này đã chứng tỏ các vách đômen đóng một vai trò tích cực trong các đặc tính động lực của vật liệu nickel oxide phản sắt từ. Thực nghiệm này tiết lộ các sóng từ với những tần số khác nhau có thể được cảm ứng, khuếch đại và thậm chí kết hợp với nhau khắp các miền khác nhau – nhưng chỉ trong sự hiện diện của các vách đômen. “Những quan sát của chúng tôi cho thấy sự hiện diện phổ biến của các vách đômen trong vật liệu phản sắt từ có thể có tiềm năng được sử dụng cho những vật liệu đó với những chức năng mới tại thang đo thời gian siêu nhanh”, Bossini giải thích.
Những bước quan trọng hướng đến lưu trữ dữ liệu hiệu quả hơn
Năng lực kết hợp các sóng từ khác nhau khắp các vách đômen đã nhấn mạnh vào tiềm năng kiểm soát một cách tích cực sự lan truyền của sóng điện từ trong không gian và thời gian cũng như việc vận chuyển năng lượng khắp các con sóng đơn lẻ tại thang đo femto giây. Đây là một điều kiện tiên quyết cho việc sử dụng những vật liệu đó cho việc lưu trữ và xử lý dữ liệu siêu nhanh.
Rất nhiều công nghệ lưu trữ dữ liệu trên vật liệu phản sắt từ có thể đạt những mức hiệu quả năng lượng cao hơn và nhanh hơn các công nghệ hiện hành. Chúng có thể có khả năng lưu trữ và xử lý một lượng dữ liệu lớn hơn. Do các vật liệu này không liên kết từ hóa thuần nên chúng có thể ít bị hư tổn vì những hỏng hóc và điều khiển từ bên ngoài hơn. “Các công nghệ tương lai dựa trên vật liệu phản sắt từ có thể đạt được những yêu cầu của công nghệ lưu trữ dữ liệu thế hệ mới. CHúng có tiềm năng đạt được những yêu cầu đang ngày một gia tăng về năng lực lưu trữ và xử lý dữ liệu”, Bossini kết luận.
Thanh Phương tổng hợp
https://phys.org/news/2021-08-road-faster-efficient-storage.html
