Российские физики создали тонкие многослойные плёнки, которые могут стать основой для альтернативной электроники. Разработанные структуры позволят увеличить скорость работы микропроцессоров и объём памяти современных жёстких дисков. Носителями информации в устройствах на основе таких плёнок будут служить магнитные состояния. Результаты исследований опубликованы в журнале «AnnalenderPhysik».
С каждым годом количество информации растёт, вместе с ним – количество необходимых материалов для создания устройств памяти. Учёные создали наноструктуры, квантовые явления внутри которых повысят быстродействие полупроводниковой электроники и увеличат плотность хранения информации на современных носителях.
В созданных из сплава кобальта и палладия наноплёнках образуются скирмионы – микромагнитные вихри, состоящие из спинов электронов. Спин – это квантовое свойство элементарной частицы, которое характеризует внутреннее вращение частицы вокруг своей оси. Скирмионы представляют собой незатухающую рябь завихрений спинов на поверхности магнитного материала. Вихри ведут себя как частицы и могут служить ячейками памяти.
Скирмионы образуются при комнатной температуре, устойчивы к внешним воздействиям и потому – более долговечны и надёжны по сравнению с магнонами или электрическим током. За счёт управления движением вихрей с помощью магнитного поля можно создавать устройства беговой памяти. Такие устройства отличаются от традиционных жёстких дисков высокой плотностью хранения данных, быстрым доступом к записанной информации и низким энергопотреблением. Кроме того, устройства, работающие на принципах скирмионики, смогут одновременно и хранить, и обрабатывать информацию.
В жёстком диске информация регистрируется с вращающегося элемента, а в устройстве беговой памяти по неподвижной тонкой проволоке мимо считывателя будут пробегать скирмионы. Это позволит обойтись без механически движущихся частей, что ускорит работу и повысит надежность запоминающего устройства.
Скорость передачи данных в современных запоминающих устройствах составляет единицы гигагерц, в то время как скорость передачи информации в устройствах на принципах скирмионики – это сотни гигагерц. Кроме того, размер участка для хранения одного бита в жёстких дисках обычно составляет около 10–20 нанометров. В альтернативных устройствах памяти размеры участков для хранения битов в разы меньше и принцип записи и считывания информации иной, основанный на квантовых являниях. Значит, повышается плотность записи информации и возможность её обработки. Таким образом, физический размер носителя сохраняется, а объём записанной на нём информации увеличивается.
А.В. Садовников
Заместитель директора НИИ механики и физики Саратовского национального исследовательского государственного университета имени Н.Г. Чернышевского
Исследование выполнили под руководством профессора С.А. Никитова сотрудники лаборатории мирового класса «Метаматериалы» Саратовского национального исследовательского государственного университета имени Н.Г. Чернышевского, созданной на базе научной группы профессора Ю.П. Шараевского, совместно с коллегами из Научно-исследовательского физико-технического института ННГУ имени Н.И. Лобачевского, Фрязинского филиала Института радиотехники и электроники имени В.А. Котельникова РАН, Института физики микроструктур РАН.
