Европейские исследователи разрабатывают новый 3D-метаматериал для хранения данных

Исследователи из Центра Гельмгольца Дрезден-Россендорф (HZDR), Технического университета Хемница, Технического университета Дрездена и Форшунгсцентра Юлиха первыми продемонстрировали, что не только отдельные биты, но и целые последовательности битов могут храниться в цилиндрических доменах: крошечных цилиндрических областях размером всего лишь около 100 нанометров. Как сообщает команда в журнале Advanced Electronic Materials, эти открытия могут проложить путь к новым типам хранения данных и датчикам, включая даже магнитные варианты нейронных сетей.

«Цилиндрический домен, который мы, физики, также называем пузырьковым доменом, представляет собой крошечную цилиндрическую область в тонком магнитном слое. Его спины, собственный угловой момент электронов, который генерирует магнитный момент в материале, указывают в определенном направлении. Это создает намагниченность, которая отличается от остальной окружающей среды. Представьте себе небольшой магнитный пузырь цилиндрической формы, плавающий в море противоположной намагниченности», — говорит профессор Олав Хельвиг из Института физики ионных пучков и исследований материалов HZDR, описывая этот предмет. его исследования. Он и его команда уверены, что такие магнитные структуры обладают большим потенциалом для применения в спинтронике.

На краях этого цилиндрического домена образуются доменные стенки, окаймляющие области, в которых меняется направление намагниченности. В технологии магнитного хранения, которую пытается создать команда Хеллвига, будет крайне важно точно контролировать спиновую структуру доменной стенки, поскольку ее направление по часовой стрелке или против часовой стрелки можно использовать непосредственно для кодирования битов. Исследователи также концентрируются на другом аспекте: «Наши нынешние жесткие диски с шириной дорожек от 30 до 40 нанометров и длиной битов от 15 до 20 нанометров вмещают примерно один терабайт на поверхности размером с почтовую марку. Мы работаем над этим. Чтобы преодолеть это ограничение плотности данных, расширив хранилище до третьего измерения», — объясняет Хеллвиг.

Решение: метаматериалы в 3D.
Магнитные многослойные структуры являются привлекательным способом управления внутренней спиновой структурой доменных стенок, поскольку задействованную магнитную энергию можно регулировать путем комбинирования различных материалов и толщин слоев. Команда Хеллвига использовала блоки из чередующихся слоев кобальта и платины, разделенных слоями рутения, и нанесла их на кремниевые пластины. Полученный метаматериал представляет собой синтетический антиферромагнетик. Его особенностью является вертикальная структура намагничивания, в которой блоки соседних слоев имеют противоположные направления намагничивания, в результате чего в целом получается нейтральная намагниченность.

«Именно здесь возникает концепция памяти «гоночной дорожки». Система похожа на гоночную трассу, вдоль которой биты расположены, как нитка жемчуга. Гениальность нашей системы заключается в том, что мы можем специально контролировать толщину памяти. Это позволяет нам адаптировать магнитное поведение синтетического антиферромагнетика для хранения не только отдельных битов, но и целых битовых последовательностей в виде зависящего от глубины направления намагничивания доменных стенок. ", - объясняет Хеллвиг. Это открывает перспективу транспортировки таких многобитных цилиндрических доменов по магнитным магистралям данных контролируемым, быстрым и энергоэффективным способом.

Существует также потенциал для других приложений в магнитоэлектронике. Например, их можно использовать в магниторезистивных датчиках или компонентах спинтроники. Кроме того, такие сложные магнитные нанообъекты имеют большой потенциал для магнитных реализаций в нейронных сетях, которые могли бы обрабатывать данные так же, как человеческий мозг.

Источник: HZDR