Создан прототип суперэнергоэффективной памяти будущего

Международная научная группа с участием специалистов МФТИ разработала прототип энергоэффективных запоминающих устройств.

Статья с материалами исследования опубликована в журнале Nature.

Более 3% мирового электричества идёт на обслуживание центров хранения данных — и это далеко не предел. Но фундаментальные законы физики не исключают возможности создания более быстрых и энергетически эффективных устройств хранения данных.

Наиболее надёжная на данный момент реализация хранения данных реализована в жёстких дисках. Единицы и нули двоичного кода хранятся и записываются через изменение направления вектора намагниченности доменов.

Новый способ записи данных на жёсткие диски

Ещё в 2016 году Себастиан Байерл (Sebastian Baierl) из Университета Регенсбурга, Анатолий Звездин (МФТИ), Алексей Кимель из Университета Неймегена (Нидерланды) и МИРЭА и их коллеги предложили способ быстрого переключения спинов в ортоферрите тулия (TmFeO3) с помощью воздействия Т-излучения.

Т-излучение — излучение в терагерцовом диапазоне (между радиоволновым и инфракрасным).

Скорость перемагничивания (переключения спина) в прототипе нового носителя информации составляет менее 3 пикосекунд. Это значительно превышает показатели применяемых сегодня устройств. Метод потенциально быстрее и эффективнее, чем работа с импульсным магнитным полем.

«Идея заключалась в том, чтобы использовать обнаруженный ранее механизм переключения спинов как инструмент для эффективного вывода спинов из положения равновесия и исследования фундаментальных пределов по скорости и энергозатратам записи информации. В работе мы исследовали характерные черты (fingerprints) механизма с предельно возможными скоростями и минимально возможным рассеянием энергии», — говорит Алексей Кимель, соавтор работы, профессор Университета Неймегена (Нидерланды) и МИРЭА.

В ходе исследований спиновые состояния подвергались воздействию специально настроенных Т-импульсов. Энергия фотонов в них порядка величины энергетического барьера между спиновыми состояниями, а длительность — порядка пикосекунд, что соответствует одному колебательному циклу света. Необходимой интенсивности удалось достичь за счёт специально разработанной структуры, состоящей из нанооптических золотых микрометровых антенн, расположенных поверх образца — ортоферрита тулия.

В результате в спектре появились характерные черты того, что спины удалось переключить полностью и с минимальными (на уровне термодинамических пределов) потерями. Впервые спины переключились Т-лучами в течение всего лишь 3 пикосекунд и практически без потерь энергии. Результаты эксперимента совпали с проведённым исследователями теоретическим моделированием.

«Редкоземельные материалы, на которых было сделано это открытие, переживают сейчас второе рождение. Их базисные свойства подробно изучались полвека назад. Много сделали в этом отношении российские физики — выпускники МГУ и МФТИ. Это очень хороший пример того, как фундаментальные исследования через десятилетия находят свой путь в практику», — рассказал Анатолий Звездин, профессор, заведующий лабораторией физики магнитных гетероструктур и спинтроники для энергосберегающих информационных технологий МФТИ.

Источник: 22century.ru

Добавить комментарий