| 0 |
|
Магнитные материалы являются основой современных цифровых информационных технологий, таких как хранение на жестких дисках. Команда из Вашингтонского университета (UW) теперь сделала один шаг вперед, закодировав информацию с использованием магнитов толщиной всего лишь несколько слоев атомов.
Этот прорыв может революционизировать как технологии облачных вычислений, так и бытовую электронику, позволяя хранить данные с большей плотностью и повышать энергоэффективность.
В исследовании, опубликованном в журнале Science, ученые сообщают, что они использовали стопки сверхтонких материалов для беспрецедентного управления потоком электронов в зависимости от направления их спинов. Материалы, которые они использовали, включают листы трийодида (CrI3) хрома, описанного в 2017 году как первого в истории двумерного магнитного изолятора. Четыре листа - каждый толщиной только один атом - создали самую тонкую систему, которая может блокировать электроны на основе их спинов, и показали более чем в 10 раз более точное управление, чем другие методы.
«Наша работа показывает возможность продвинуть хранение информации на основе магнитных технологий к атомно-тонкому пределу», - сказал соавтор д-р Тяньчен Сон (Tiancheng Song).
В смежных исследованиях, опубликованных в Nature Nanotechnology, команда обнаружила способы электрического управления магнитными свойствами этого атомно-тонкого магнита.
«С бурным ростом объема данных проблема заключается в том, как увеличить плотность их хранения при одновременном снижении потребления энергии, - сказал соавтор Сяодон Сюй (Xiaodong Xu), профессор физики и материаловедения в UW. - Комбинация обеих работ указывает на возможность разработки атомно-тонких магнитных запоминающих устройств с потреблением энергии на порядок меньше, чем достижимо в настоящее время».
В новой статье в Science также рассматривается, как этот материал может позволить применить новый тип памяти, который использует электронные спины в каждом отдельном листе.
Исследователи уложили два слоя CrI3 между проводящими листами графена. Они показали, что в зависимости от того, как ориентированы спины между каждым из листов CrI3, электроны могут либо беспрепятственно течь между двумя графеновыми листами, либо быть в значительной степени заблокированы. Эти две различные конфигурации могут действовать как биты - нули и единицы двоичного кода в повседневных вычислениях - для кодирования информации.
«Функциональными единицами этого типа памяти являются магнитные туннельные переходы (MTJ), являющиеся магнитными «затворами», которые могут препятствовать или пропускать электрический ток в зависимости от того, как ориентированы спины на переходе, - сказал соавтор научный сотрудник Сянхань Цай (Xinghan Cai). - Такие затворы играют центральную роль в реализации этого типа мелкомасштабного хранения данных».
При четырех слоях CrI3 команда обнаружила возможность для «многобитового» хранения информации. В двух слоях CrI3 спины между каждым слоем либо выровнены в одном направлении, либо в противоположных направлениях, что приводит к двум разным скоростям, с которыми электроны могут течь через магнитные затворы. Но с тремя и четырьмя слоями существует больше комбинаций спинов между каждым слоем, что приводит к множеству разных скоростей, при которых электроны могут течь через магнитный материал от одного графенового листа к другому.
«Вместо того чтобы ваш компьютер использовал всего два состояния для хранения данных, он может использовать состояния A, B, C, даже D и более, - сказал соавтор Бевинь Хуан (Bevin Huang), докторант в UW по физике. - Таким образом, устройства хранения, использующие соединения CrI3, не только будут более эффективными, но они будут хранить в себе больше данных».
Материалы и подход исследователей представляют собой значительное улучшение по сравнению с существующими методами в аналогичных условиях эксплуатации с использованием оксида магния, который является более толстым, менее эффективным при блокировании электронов и не имеет возможности для многобитового хранения информации.
«Хотя наше текущее устройство требует умеренных магнитных полей и работает только при низкой температуре, что невозможно использовать в современных технологиях, концепция устройства и принцип работы являются новаторскими, - сказал Сюй. - Мы надеемся, что с развитым электрическим контролем магнетизма и некоторой изобретательностью эти туннельные переходы могут работать с уменьшенным или даже без необходимости магнитного поля при высокой температуре, что может изменить ситуацию в технологии памяти».
Картина кристаллической структуры трийодида хрома (CrI3) с атомами хрома, показанных пурпурным, и йодных атомах, показанных желтым цветом. Черные стрелки представляют собой спины электронов, которые аналогичны крошечным стержневым магнитам
Ready, set, buy! Посібник для початківців - як придбати Copilot для Microsoft 365
| 0 |
|
