Магнітні частинки можуть призвести до абсолютно нової форми зберігання даних
Нове дослідження показало, що екзотичний вид магнітного поведінки, виявлений всього кілька років тому, має великі перспективи як спосіб зберігання даних - той, який може подолати фундаментальні обмеження, які в іншому випадку могли б сигналізувати про завершення «Закону Мура», який описує поточні поліпшення в області обчислень і зберігання даних за останні десятиліття.
Замість того, щоб зчитувати і записувати дані по одному біт за раз, змінюючи орієнтацію намагнічених частинок на поверхні, як це роблять сучасні магнітні диски, нова система використовувала б крихітні порушення магнітної орієнтації, які були названі «скірміон» «Ці віртуальні частинки , які відбуваються на тонкій металевій плівці, затиснутою на плівці з металу, можуть управлятися і контролюватися за допомогою електричних полів і можуть зберігати дані протягом тривалого часу без необхідності в подальшому в воді енергії.
У 2016 році команда на чолі з доцентом матеріалознавства та інженерії Массачусетського технологічного інституту Джеффрі Біч задокументувала існування скірміон, але місце розташування частинок на поверхні було абсолютно випадковим. Тепер Beach співпрацює з іншими, щоб продемонструвати експериментально в перший раз, що вони можуть створювати ці частинки за бажанням в певних місцях, що є наступним ключовою вимогою для їх використання в системі зберігання даних. Для створення коммерціалізіруемой системи також буде потрібно ефективна система для читання цих даних.
Нові результати повідомляються на цьому тижні в журналі Nature Nanotechnology, в газеті «Пляж», доктор MIT Фелікс Буетнер і аспірант Іван Лемеш і ще 10 в Массачусетському технологічному інституті і в Німеччині.
Система фокусується на граничній області між атомами, магнітні полюси яких спрямовані в одному напрямку, і з полюсами, що вказують інший шлях. Пляж каже, що ця межа може рухатися вперед і назад в магнітному матеріалі. Те, що він і його команда виявили чотири роки тому, полягало в тому, що цим прикордонним областям можна було керувати, розмістивши другий лист немагнитного важкого металу дуже близько до магнітного шару. Немагнітний шар може потім впливати на магнітний, причому електричні поля в немагнітному шарі рухаються навколо магнітних доменів в магнітному шарі. Пляж Skyrmions - це невеликі завитки магнітної орієнтації в цих шарах, додає Пляж.
Ключем до можливості створення скірміон за бажанням в певних місцях, виявляється, лежить матеріальний дефект. Ввівши особливий вид дефекту в магнітному шарі, скирміони прив'язані до конкретних місць на поверхні, виявила команда. Ці поверхні з навмисними дефектами можуть потім використовуватися в якості керованої поверхні листа для даних, закодованих в скірміон. Команда зрозуміла, що замість того, щоб бути проблемою, дефекти в матеріалі можуть бути корисними.
«Одна з найбільших відсутніх частин», необхідна для того, щоб зробити skyrmions практичним засобом зберігання даних, говорить Пляж, був надійним способом їх створення, коли і де вони були необхідні. «Таким чином, це значний прорив», - пояснює він, завдяки роботі Буйтнера і Лемеша, провідних авторів статті. «Те, що вони виявили, було дуже швидким і ефективним способом написання« таких утворень».
Оскільки скірміон, в основному невеликі вихори магнетизму, неймовірно стійкі до зовнішніх збурень, на відміну від окремих магнітних полюсів в звичайному магнітному пристрої зберігання даних, дані можуть зберігатися з використанням тільки крихітної області магнітної поверхні - можливо, тільки кілька атоми поперек. Це означає, що на поверхню певного розміру може бути записано набагато більше даних. Це важлива якість, пояснює Пляж, оскільки звичайні магнітні системи в даний час досягають меж, встановлених основний фізикою їх матеріалів, що потенційно може зупинити постійне поліпшення ємності сховища, які є основою Закону Мура. За його словами, нова система, колись досконала, могла б забезпечити шлях для продовження цього прогресу в усі більш щільному сховище даних.
Система також може кодувати дані з дуже високою швидкістю, що робить її ефективною не тільки в якості заміни магнітних носіїв, таких як жорсткі диски, але навіть для набагато більш швидких систем пам'яті, використовуваних в оперативній пам'яті (ОЗУ) для обчислення.
Але те, що як і раніше відсутня, є ефективним способом зчитування даних після його збереження. Це можна зробити зараз, використовуючи складну рентгенівську магнітну спектроскопію, але для цього потрібно дуже складне і дороге устаткування для практичної комп'ютерної системи пам'яті. Дослідники планують вивчити кращі способи отримання інформації, які можуть бути практичними для виробництва в масштабі.
Рентгенівський спектрограф «як мікроскоп без лінз», пояснює Бюттнер, тому зображення відновлюється математично із зібраних даних, а не фізично, згинаючи світлові промені з використанням лінз. Лінзи для рентгенівських променів існують, але вони дуже складні і коштують від $ 40 000 до $ 50 000 за штуку, говорить він.
Але альтернативний спосіб читання даних може бути можливий, використовуючи додатковий шар металу, доданий до інших верствам. Створюючи певну текстуру на цьому доданому шарі, можна виявити відмінності в електричному опорі шару в залежності від того, чи присутній скірміон чи ні в сусідньому шарі. «Немає сумнівів, що це спрацює», - каже Бюттнер, це просто питання розробки необхідної інженерної розробки. Команда проводить цю та інші можливі стратегії для вирішення питання про зчитуванні.
До групи також увійшли дослідники з Інституту Макс Борна і Інституту оптики і атомної фізики, як в Берлінському університеті, Інститут лазерних технологій в медицині та метрології в Університеті Ульма в Німеччині; і Deutches Elektroniken-Syncrotron (DESY), в Гамбурзі. Робота була підтримана Міністерством енергетики США та Німецьким науковим фондом.
Література: Новини MTІ
