Большие объемы данных будут обрабатывать с помощью возмущений магнитных полей

Ученые придумали, как хранить данные на скирмионах

Необычное поведение магнитных частиц может быть ключом к созданию нового способа хранения данных. Речь идет о виртуальных частицах скирмионах — открытых всего несколько лет назад возмущениях в магнитной ориентации.

Ученые из Массачусетского технологического института (МТИ) пришли к выводу, что скирмионы могут хранить данные на протяжении длительного периода времени, не требуя при этом постоянной энергетической подпитки. Управлять такой системой можно с помощью электрических полей. В МТИ полагают, что такой способ будет куда более эффективным, чем существующая практика считывания и записывания данных по одному биту раз с помощью изменения ориентации намагниченных частиц, как это делают современные магнитные диски.

Существование скирмионов сначала предположили на теоретическом уровне, а доказать их наличие ученым МТИ удалось лишь в 2016 г. Но в тех исследованиях их возникновение и порядок расположения на зажатой между двумя металлическими брусками тонкой прослойке из другого металла было хаотичным. Теперь та же команда во главе с профессором по материаловедению и инженерному делу Джеффри Бичем (Geoffrey Beach) опубликовала данные исследований, которые свидетельствуют о возможности управляемого появления скирмионов. Это условие — одно из двух ключевых, которые помогут обойти закон Мура. Вторым является создание считывающих систем, именно оно и отделяет разработку от коммерциализации.

Для прорыва нужно создать новые системы чтения данных

В основе созданном системы лежит пограничный регион, находящийся между атомами с разнонаправленными магнитными полюсами. Этот регион может двигаться вперед и назад по магнитному материалу, рассказывают участники эксперимента. Как показали опыты, его можно контролировать, если поместить дополнительный лист ненамагниченного тяжелого метала рядом с намагниченным слоем. Ненамагниченный слой в таком случае может влиять на магнитный, а электрические поля ненамагниченного слоя движутся вокруг доменов магнитного поля. Скирмионы — это как раз небольшие завитки магнитной ориентации в этих слоях.

Ключом к возможности управления скирмионами в конкретных местах стали искусственно созданные материальные дефекты в магнитном слое. Поверхности с такими дефектами идеально подходят для считывания данных, заключенных в скирмионах.

«Крупнейшим фрагментом паззла, который мы собираем, был вопрос о том, как сделать скирмионы действительно применимым на практике местом хранения данных, — говорит Джеффри Бич. — Теперь можно говорить о том, что открыт надежный способ создать именно там, где они нужны, и именно тогда, когда это необходимо. Таким образом, это значительный прорыв».

Поскольку скирмионы весьма устойчивы к внешним возмущениям, данные на них могут храниться с использованием лишь крошечной области магнитной поверхности, возможно, всего несколько атомов в поперечнике. Это означает, что на поверхность определенного размера может быть записано гораздо больше данных, чем сейчас. Система также может кодировать данные с очень высокой скоростью, что делает ее эффективной не только в качестве замены магнитных носителей, таких, как жесткие диски, но даже и для гораздо более быстрых систем памяти, используемых в ОЗУ.

Важным препятствием остается отсутствие эффективного способа считывания данных со скирмионов. Это можно сделать, используя сложную рентгеновскую магнитную спектроскопию, но для этого требуется слишком сложное и дорогостоящее оборудование. Работы в этом направлении продолжаются.