Компьютеры и смартфоны имеют разные виды памяти, которые различаются по скорости и энергоэффективности в зависимости от того, где они используются в системе. Как правило, большие компьютеры, особенно в центрах обработки данных, будут использовать много магнитных жестких дисков, которые сейчас менее распространены в потребительских системах. Магнитная технология, на которой они основаны, обеспечивает очень высокую емкость, но не обладает скоростью твердотельной системной памяти. Устройства, основанные на новой технологии спинтроники, могут быть способны преодолеть этот разрыв и радикально улучшить даже теоретические характеристики классических электронных устройств.
Профессор Сатору Накацудзи и доцент проекта Томоя Хиго с физического факультета Токийского университета вместе со своей командой исследуют мир спинтроники и других смежных областей физики твердого тела - в широком смысле, физику вещей, которые функционируют без движения. На протяжении многих лет они изучали особые виды магнитных материалов, некоторые из которых обладают очень необычными свойствами. Вы наверняка знакомы с ферромагнетиками, поскольку именно такие существуют во многих повседневных приложениях, таких как жесткие диски компьютеров и электродвигатели - возможно, некоторые из них даже прилипли к вашему холодильнику. Однако больший интерес для команды представляют более малоизвестные магнитные материалы, называемые антиферромагнетиками.
"Подобно ферромагнетикам, магнитные свойства антиферромагнетиков обусловлены коллективным поведением составляющих их частиц, в частности спинами их электронов, что аналогично угловому моменту", - сказал Накацудзи. "Оба материала могут быть использованы для кодирования информации путем изменения локализованных групп составляющих частиц. Однако антиферромагнетики обладают явным преимуществом в высокой скорости, с которой могут быть произведены эти изменения в спиновых состояниях, хранящих информацию, ценой увеличения сложности".
"Некоторые устройства спинтронной памяти уже существуют. MRAM (магниторезистивная память с произвольным доступом) была коммерциализирована и может заменить электронную память в некоторых ситуациях, но она основана на ферромагнитном переключении", - сказал Хиго. "После значительных проб и ошибок, я полагаю, мы первыми сообщили об успешном переключении спиновых состояний в антиферромагнитном материале Mn3Sn, используя тот же метод, что и для ферромагнетиков в MRAM, что означает, что мы убедили антиферромагнитное вещество действовать как простое запоминающее устройство".
Этот метод переключения называется переключением вращательно-орбитального момента (SOT), и он вызывает ажиотаж в технологическом секторе. Он использует часть мощности для изменения состояния бита (1 или 0) в памяти, и хотя эксперименты исследователей включали переключение их Mn3Выборка Sn всего за несколько миллисекунд (тысячная доля секунды), они уверены, что переключение SOT может происходить в пикосекундном (триллионная доля секунды) масштабе, что на порядки быстрее, чем скорость переключения современных электронных компьютерных чипов.
"Мы добились этого благодаря уникальному материалу Mn3Сн, - сказал Накацудзи. "Работать таким образом оказалось гораздо проще, чем с другими антиферромагнитными материалами".
"Нет книги правил о том, как изготовить этот материал. Мы стремимся создать чистую, плоскую кристаллическую решетку Mn3Sn из марганца и олова с использованием процесса, называемого молекулярно-лучевой эпитаксией", - сказал Хиго. "В этом процессе есть много параметров, которые необходимо точно настроить, и мы все еще совершенствуем процесс, чтобы увидеть, как его можно расширить, если однажды он станет промышленным методом".
Комментарии