| 0 |
|
Магнитное хранилище данных уже давно считается слишком медленным для использования с рабочей памятью компьютеров. Исследователи теперь изучили технику, с помощью которой магнитные записи данных могут быть сделаны значительно быстрее и с меньшей энергией.
Уже почти семьдесят лет магнитные ленты и жесткие диски используются для хранения данных в компьютерах. Несмотря на множество новых технологий, которые были разработаны за это время, управляемое намагничивание носителя данных остается главным выбором для архивирования информации из-за его долговечности и низкой цены. Однако как средство реализации памяти с произвольным доступом (ОЗУ), которая используются в качестве основной памяти для обработки данных в компьютерах, магнитные технологии хранения данных долгое время считались неадекватными. Это в основном связано с низкой скоростью записи и относительно высоким потреблением энергии.
Пьетро Гамбарделла (Pietro Gambardella), профессор кафедры материалов Цюрихского ETH, и его сотрудники вместе со своими коллегами из Физического факультета и Института Пауля Шеррера (PSI) показали, что с использованием нового метода магнитную запись может сделать очень быстро и без потери энергии.
В традиционных технологиях магнитного хранения данных используются ленточные или дисковые носители данных, покрытые сплавом кобальта. Токопроводящая катушка создает магнитное поле, которое изменяет направление намагничивания в небольшой области носителя данных (домене). По сравнению со скоростями современных процессоров эта процедура выполняется очень медленно, а электрическое сопротивление катушек приводит к потере энергии. Поэтому было бы намного лучше, если бы можно было непосредственно изменять направление намагничивания, не используя магнитные катушки.
В 2011 году проф. Гамбарделла и его коллеги уже продемонстрировали технику, которая могла бы сделать именно это: электрический ток, проходящий через специально покрытую полупроводниковую пленку, обращал намагниченность в области размером нескольких сотен нанометров. Это стало возможным благодаря квантовомеханическому эффекту, называемому спин-орбитальным взаимодействием. При этом ток, текущий в проводнике, приводит к накоплению электронов с противоположными магнитными моментами (спинами) на краях проводника. Электронные спины, в свою очередь, создают магнитное поле, которое заставляет атомы в соседнем магнитном материале изменять ориентацию их магнитных моментов. В новом исследовании ученые теперь подробно изучили, как этот процесс работает, и насколько быстро он работает.
В своем эксперименте исследователи обратили намагниченность кобальтовой области, имеющей диаметр всего 500 нанометров, используя импульсы электрического тока, которые протекали через соседнюю платиновую проволоку. Во время этого процесса они подвергли область воздействию сильно сфокусированных рентгеновских лучей, которые были созданы на швейцарском источнике света в PSI. Рентгеновские лучи сканировали область последовательно с пространственным разрешением 25 нанометров. Насколько сильно область поглощала рентгеновские лучи в определенной точке зависело от местного направления намагничивания.
«Таким способом мы получили двумерное изображение намагниченности внутри кобальтовой области и могли наблюдать, как импульс тока постепенно менял ее», - объясняет Мануэль Баумгартнер (Manuel Baumgartner), ведущий автор исследования и докторант в исследовательской группе проф. Гамбарделлы.
Таким образом, исследователи смогли заметить, что инверсия намагничивания происходила менее чем за одну наносекунду - значительно быстрее, чем в других недавно изученных методах. «Более того, мы можем теперь предсказать на основе экспериментальных параметров, когда и где начинается инверсия намагничивания и где она заканчивается», - добавляет проф. Гамбарделла. В других методах инверсия также управляется электрическим током, но она нарушается тепловыми флуктуациями в материале, что приводит к большим изменениям в синхронизации инверсии.
Исследователи направили до триллиона импульсов инверсии через кобальтовую область на частоте 20 МГц, не наблюдая никакого снижения качества инверсии намагничивания. «Это дает нам надежду на то, что наши технологии должны быть пригодны для применения в магнитных ОЗУ», - говорит бывший пост-докторант проф. Гамбарделлы Кевин Гарелло (Kevin Garello), также ведущий автор исследования.
На первом этапе исследователи хотели бы оптимизировать свои материалы, чтобы инверсию выполнялась еще быстрее и при меньших токах. Еще одна возможность - улучшить форму кобальтовых областей. По словам исследователей, на данный момент они являются круглыми, но другие формы, такие как эллипсы или ромбы, могут сделать инверсию намагничивания еще более эффективной. Магнитные ОЗУ могут, среди прочих вещей, сделать загрузку операционной системы компьютера устаревшей - соответствующие программы останутся в рабочей памяти, даже когда питание выключено.
В 1956 году IBM представила первый магнитный жесткий диск - RAMAC. Теперь исследователи из ETH протестировали новую технологию магнитной записи, которая вскоре может быть использована в качестве ОЗУ современных компьютеров
Ready, set, buy! Посібник для початківців - як придбати Copilot для Microsoft 365
| 0 |
|
