Ученые Дальневосточного федерального университета совместно с зарубежными коллегами на основе массивов сегментированных нанопроволок исследовали влияние полей взаимодействия между магнитными элементами в устройствах трехмерной памяти следующего поколения, создали микромагнитную модель, а затем смогли записать бит информации. Это позволит создать первый элемент магнитной памяти, а в дальнейшем производить энергонезависимые, экономичные и надежные цифровые устройства. Исследование опубликовано в престижном научном журнале Small.
Оборотная сторона цифровой обложки ноябрьского выпуска журнала будет содержать концептуальное изображение трехмерной магнитной памяти, созданное на основе научных результатов статьи.
Как рассказали в лаборатории спин-орбитроники ДВФУ, нанопроволоки состоят из повторяющихся наноразмерных сегментов железа и золота, в которых первые являются магнитными и, соответственно, должны запоминать информацию, а вторые — разделять их в пространстве. На основе полученных экспериментальных данных была создана микромагнитная модель, которая позволила глубоко изучить магнитное поведение нанопроволок под действием магнитного поля и установить три разных типа магнитостатических взаимодействий в их массивах.
Каждый магнитный элемент в таких устройствах может существовать с двумя направлениями намагниченности — вверх или вниз, — которые можно закодировать как 0 и 1, что позволяет записывать и хранить в них информацию. В отличие от существующих устройств магнитной записи, где биты информации располагаются в двумерном пространстве (например, плоскость поверхности жесткого диска, где запоминающими элементами являются магнитные домены), устройства магнитной памяти следующего поколения смогут размещать запоминающие ячейки в трехмерном пространстве, тем самым многократно увеличивая плотность записи на единицу площади. Более того, в такой памяти не будет движущихся частей, как в жестких магнитных дисках (HDD), а будут двигаться сами биты. Трехмерная конфигурация и плотная упаковка таких сегментов позволят сделать память дешевой, быстрой, экономичной и надежной.
«Устройства магнитной памяти на основе плотно упакованных магнитных нанопроволок могут стать прорывом в вычислительных технологиях. Хранение информации в них не зависит от наличия электропитания, запись одного бита требует намного меньше энергии, происходит быстрее, а сама память долговечнее, поскольку отсутствуют механические части и полупроводниковые элементы. Для успешного создания таких устройств все еще требуется решить важные фундаментальные проблемы, одной из которых является исследование влияния полей взаимодействия на магнитное поведение всего массива нанопроволок. Изменение магнитных свойств запоминающих ячеек под действием таких взаимодействий может привести к стиранию записанной информации или неправильной записи», — отметил один из авторов статьи, научный сотрудник лаборатории спин-орбитроники ДВФУ Алексей Самардак.
Автор также отметил, что такие нанопроволоки могут быть полезны не только в наноэлектронике, но также найти применение в биомедицине в качестве элементов наносенсоров, систем для доставки лекарств и биомолекулярной сепарации.
Ученые ДВФУ разрабатывают магнитную память на принципах спин-орбитроники. Запись в такой памяти осуществляется спиновым током без приложения внешних магнитных полей, а информация хранится без потребления энергии. Разрабатываемая память пригодится в отраслях, где используются компьютеры для расчетов, — от центров обработки данных до автономных автомобилей и метеопрогнозов. В дальнейшем это откроет новые возможности для реализации аппаратных систем искусственного интеллекта и квантового компьютера.
Напомним, при поддержке программы мегагрантов национального проекта «Наука и университеты» в Дальневосточном федеральном университете создана лаборатория спин-орбитроники мирового уровня. В ней уже сейчас разрабатывают научные и технологические основы нового поколения умной электроники для высокопроизводительных энергоэффективных вычислений и телекоммуникаций. На базе лаборатории планируют реализовать полный технологический цикл: от научно-исследовательских работ до испытаний и, возможно, опытного производства экспериментальных образцов магнитной памяти и логических элементов для нового поколения электроники. Здесь же готовят новое поколение высококвалифицированных исследователей. Решаемые в лаборатории задачи полностью соответствуют стратегическому направлению развития ДВФУ «Физика и материаловедение» в рамках программы «Приоритет 2030».
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
