Nový výskum ukázal, že exotický druh magnetického správania, ktorý bol objavený len pred niekoľkými rokmi, je veľkým prísľubom pre spôsob ukladania dát. Takým, ktorý by mohol prekonať základné limity, ktoré by inak mohli signalizovať koniec "Moorovho zákona", ktorý opisuje prebiehajúce zlepšenia vo výpočtoch a ukladaní dat za posledné desaťročia.
Namiesto čítania a zápisu dát naraz, zmenou orientácie magnetizovaných častíc na povrchu, ako to robia dnešné magnetické disky, by nový systém mohol využívať drobné rušivé zmeny v magnetickej orientácii nazývané "skyrmiony". Tieto virtuálne častice, ktoré sa vyskytujú na tenkom kovovom filme vloženom na fóliu z iného kovu, môžu byť manipulované a riadené pomocou elektrických polí a môžu dlhodobo uchovávať údaje bez potreby ďalšieho dodávania energie.
V roku 2016, tím ktorý viedol MIT profesor materiálovej vedy a techniky Geoffrey Beach, zdokumentoval existenciu skyrmionov, ale ich rozmiestnenie na povrchu bolo úplne náhodné. Teraz Beach a jeho výskumný tím, prvýkrát experimentálne demonštrovali, že dokážu tieto častice vytvoriť podľa želania na konkrétnych miestach, čo je ďalšia kľúčová požiadavka na ich použitie v systéme ukladania údajov. Na vytvorenie komerčne použiteľného systému bude tiež potrebný efektívny systém na čítanie týchto údajov.
Nové zistenia zverejnili tento týždeň v časopise Nature Nanotechnology v článku s autormi: Geofrey Beach, Felix Buettner MIT postdoc, postgraduálny študent Ivan Lemesh a ďalších 10 na MIT a v Nemecku.
Systém sa zameriava na hraničnú oblasť medzi atómami, ktorých magnetické póly smerujú v jednom smere a na tie s pólmi smerujúcimi opačným smerom. Táto hraničná oblasť sa môže pohybovať tam a späť v magnetickom materiáli, hovorí Beach. To, čo našiel so svojim tímom pred štyrmi rokmi, bolo, že tieto hraničné oblasti mohli byť kontrolované umiestnením druhej vrstvy nemagnetického ťažkého kovu veľmi blízko magnetickej vrstvy. Nemagnetická vrstva môže potom ovplyvniť magnetickú vrstvu, pričom elektrické pole v nemagnetickej vrstve tlačí okolo magnetických domén v magnetickej vrstve. Skyrmiony sú malé víry magnetického smeru v rámci týchto vrstiev, dodáva Beach.
Kľúčom k tomu, aby ste mohli v konkrétnych lokalitách vytvoriť skyrmiony, sa ukázalo byť to, že sa nachádzajú v materiálových chybách. Zistili, že zavedením určitého druhu defektu v magnetickej vrstve sa skyrmiony pripájajú k určitým miestam na povrchu. Tieto povrchy s úmyselnými defektmi sa potom môžu použiť ako kontrolovateľný písací povrch pre dáta zakódované v skyrmionoch. Tím si uvedomil, že namiesto problému môžu byť chyby v materiáli prospešné.
"Jeden z najväčších chýbajúcich kúskov" potrebný na to, aby sa skyromiony stali praktickým nosičom údajov, hovorí Beach, bol spoľahlivý spôsob, ako ich vytvoriť,vtedy a tam kde sú potrebné. "Takže to je významný prielom," vysvetľuje, vďaka práci autorov Buettnera a Lemesha. "Ktorí objavili, veľmi rýchly a účinný spôsob, ako napísať" takéto formácie.
Vzhľadom k tomu, že skyromiony, v podstate mále magnetické víry, sú neuveriteľne stabilné voči vonkajším poruchám, na rozdiel od jednotlivých magnetických pólov v bežnom magnetickom úložnom zariadení, dáta sa môžu ukladať iba pomocou malej oblasti magnetického povrchu - možno len cez niekoľko atómov naprieč. To znamená, že na povrchu danej veľkosti možno zapísať oveľa viac údajov. To je dôležitá kvalita, vysvetľuje Beach, pretože konvenčné magnetické systémy teraz dosahujú limity stanovené základnou fyzikou ich materiálov, čo potenciálne zastaví trvalé zlepšovanie úložných kapacít, ktoré sú základom pre Moorov zákon. Nový systém, akonáhle bude vyladený, by mohol poskytnúť spôsob, ako pokračovať v progrese smerom k stále hustšiemu ukladaniu dát, hovorí.
Systém by tiež potenciálne mohol zakódovať dáta pri veľmi vysokých rýchlostiach, čo je efektívne nielen ako náhrada za magnetické médiá, ako sú pevné disky, ale aj pre oveľa rýchlejšie pamäťové systémy používané v pamätiach RAM. Čo ale stále chýba, je efektívny spôsob čítania údajov po ich uložení. To sa dá urobiť už teraz pomocou sofistikovanej röntgenovej magnetickej spektroskopie, ale vyžaduje si to príliš zložité a drahé zariadenie ako súčasť praktického počítačového pamäťového systému. Výskumníci plánujú lepšie preskúmať spôsoby, ako získať informácie späť, čo by mohlo byť praktické pre výrobu vo väčších množstvách.
Röntgenový spektrograf je "ako mikroskop bez šošoviek," vysvetľuje Buettner, takže obraz je rekonštruovaný z ukladaných údajov matematicky nie fyzicky ohýbaním svetelných lúčov pomocou šošoviek. Objektívy na röntgenové lúče existujú, ale sú veľmi zložité a stoja 40 000 až 50 000 dolárov za kus, hovorí. Ale alternatívny spôsob čítania údajov môže byť možný s použitím ďalšej kovovej vrstvy pridanej k ostatným vrstvám. Vytvorením konkrétnej textúry na tejto pridanej vrstve,
môže byť možné zistiť rozdiely v elektrickom odpore vrstvy v závislosti na tom, či je v susednej vrstve prítomný alebo nie. "Neexistuje žiadna pochybnosť, že by to fungovalo," hovorí Buettner, je to len otázka určenia potrebného inžinierskeho vývoja. Tím sa snaží touto a ďalšími možnými stratégiami riešiť otázku čítania. Súčasťou tímu boli aj výskumníci z inštitútu Maxa Borna a Inštitútu optiky a atómovej fyziky v Berlíne; Inštitútu pre laserové technológie v medicíne a metrológii na univerzite v Ulme v Nemecku; a Deutches Elektroniken-Syncrotron (DESY) v Hamburgu. Práca bola podporená Ministerstvom energetiky USA a Nemeckou vedeckou nadáciou.
Zdroj: news.mit.edu
Omenemo
I2