Первое полностью антиферромагнитное ЗУ на основе спина

Если вы еще не слышали об антиферромагнитной спинтронике, то вскоре услышите. Это относительно малоиспользуемый класс магнитных материалов может трансформировать нашу цифровую жизнь. У них есть потенциал, чтобы сделать наши устройства меньше, быстрее, надежнее и повысить их энергоэффективность.

Физики из Ноттингемского университета, работая в сотрудничестве с исследователями из Чехии, Германии и Польши, а также Hitachi Europe, опубликовали новое исследование в журнале Science, которое показывает, как можно управлять "магнитными спинами" антиферромагнетиков, чтобы создать совершенно другой вид цифровой памяти.

Ведущий исследователь д-р Питер Уадли (Peter Wadley), из Школы физики и астрономии в Университете Ноттингема, сказал: «Эта работа демонстрирует первое управление электрическим током в антиферромагнетиках. Оно использует совершенно новое физическое явление и демонстрирует первое полностью антиферромагнитное устройство памяти. Это может быть очень значительным, поскольку антиферромагнетики имеют интригующий набор свойств, в том числе теоретический предел скорости переключения примерно в 1000 раз быстрее, чем лучшие современные технологии памяти».

Это совершенно новый вид памяти имеет набор свойств, которые могли бы сделать его чрезвычайно полезным в современной электронике. Он не генерирует магнитные поля, а это означает, что отдельные элементы могут быть упакованы более близко, что приводит к более высокой плотности хранения. Антиферромагнитная память также нечувствительна к воздействию магнитных полей и радиации, что делает ее особенно подходящей для нишевых рынков, таких как спутниковая и авиационная электроника.

Если весь этот потенциал сможет быть реализован, антиферромагнитная память будет отличным кандидатом на так называемую «универсальную память», заменив все другие виды памяти в вычислительной технике и преобразовав наши электронные устройства.

Используя очень специфическую кристаллическую структуру, CuMnAs, выращенную атомный слой за атомным слоем в почти полном вакууме, исследовательская группа показала, что выравниванием в линию "магнитных моментов" в определенных типах антиферромагнетиков можно управлять с помощью электрических импульсов, пропускаемых через материал.

Д-р Франк Фраймут (Frank Freimuth) из Института Петера Грюнберга и Института перспективного моделирования в Юлихе сказал: «Электрический ток несет квантовомеханические крутящие моменты отдельных спинов и позволяет каждому из них наклониться на 90 градусов». Эффект впервые предсказан доктором Якубом Железны (Jakub Železný) в Праге, проф. Томасом Янгуиртом (Tomas Jungwirth) и его коллегами в Ноттингеме.

Каковы же преимущества у антиферромагнетиков? Антиферромагнетики не подвержены влиянию магнитных полей и не применяются для записи магнитных данных с помощью технологий, обычно используемых сегодня. До сих пор они использовались в области информационных технологий только в сочетании с другими классами материалов.

Но антиферромагнетики являются более надежными с точки зрения их магнитных свойств и могут, в принципе, переключаться гораздо быстрее, чем ферромагнетики, поэтому исследовательская группа решила искать способ превратить их в самостоятельный класс материалов для хранения данных.

В результате им удалось найти способ электрического управления переключением и считывания магнитного момента антиферромагнетиков.

Д-р Уадли отметил, что в отличие от современных технологий ферромагнитной памяти, их антиферромагнитная память не может быть стерта даже при больших магнитных полях. Еще одним предсказанным преимуществом, которое еще предстоит установить, является скорость, с которой информация может быть записана в антиферромагнитную память. Ее физический предел в сотни тысяч раз больше, чем у ферромагнетиков.

«Потенциал увеличения скорости работы, надежности, энергоэффективности и плотности хранения может иметь огромное коммерческое и социальное влияние», - сказал он.