Концепция нового носителя информации

Физики из Швейцарии, Германии и Украины предложили новый инновационный носитель данных. Метод основан на специфических свойствах антиферромагнитных материалов, ранее не подвергавшихся экспериментальному исследованию.

Используя наноразмерные квантовые датчики, международная исследовательская группа смогла изучить некоторые ранее неизвестные физические свойства антиферромагнитного материала. Основываясь на своих результатах, исследователи разработали концепцию нового носителя данных, опубликованную в журнале Nature Physics. Проект координировали исследователи из Департамента физики и Швейцарского института нанонаук Базельского университета.

Антиферромагнетики составляют 90% всех магнитоупорядоченных материалов. В отличие от ферромагнетиков, таких как железо, в которых магнитные моменты атомов ориентированы параллельно друг другу, ориентация магнитных моментов в антиферромагнетиках чередуется между соседними атомами. В результате компенсации переменных магнитных моментов антиферромагнитные материалы оказываются немагнитными и не создают внешнее магнитное поле.

Антиферромагнетики открывают большие перспективы для интересных приложений в обработке данных, поскольку ориентация их магнитного момента - в отличие от ферромагнетиков, используемых в обычных носителях данных - не может быть случайно перезаписана магнитными полями. В последние годы этот потенциал породил многообещающую область исследований антиферромагнитной спинтроники, которая находится в центре внимания многочисленных исследовательских групп по всему миру.

В сотрудничестве с исследовательскими группами под руководством д-ра Дениса Макарова (Helmholtz-Zentrum в Дрездене, Германия) и проф. Дениса Шеки (Киевский национальный университет им. Тараса Шевченко, Украина) группа под руководством проф. Патрика Малетинского (Patrick Maletinsky) в Базеле исследовала монокристалл оксида хрома (III) (Cr2O3). Этот монокристалл представляет собой почти идеально упорядоченную систему, в которой атомы расположены в регулярной кристаллической решетке с очень небольшим количеством дефектов. «Мы можем изменить монокристалл таким образом, чтобы создать две области, в которых антиферромагнитный порядок имеет разную ориентацию», - объясняет Наташа Хедрич (Natascha Hedrich), ведущий автор исследования.

Эти две области разделены доменной стенкой. К настоящему времени экспериментальные исследования доменных границ такого типа в антиферромагнетиках удавались лишь в единичных случаях и с ограниченными деталями. «Благодаря высокой чувствительности и отличному разрешению наших квантовых датчиков мы смогли экспериментально продемонстрировать, что доменная стенка демонстрирует поведение, подобное поведению мыльного пузыря», - объясняет проф. Малетинский. Подобно мыльному пузырю, доменная стенка эластична и имеет тенденцию минимизировать свою поверхностную энергию. Соответственно, ее траектория отражает антиферромагнитные свойства кристалла и может быть предсказана с высокой степенью точности, что подтверждается моделированием, проведенным исследователями в Дрездене.

Исследователи используют этот факт для управления траекторией доменной стенки в процессе, который содержит ключ к предлагаемому новому носителю информации. С этой целью команда проф. Малетинского выборочно структурирует поверхность кристалла в наномасштабе, оставляя крошечные выпуклые квадраты. Эти квадраты затем контролируемым образом изменяют траекторию доменной стенки в кристалле.

Исследователи могут использовать ориентацию выпуклых квадратов, чтобы направить доменную стенку в одну или другую сторону квадрата. Это фундаментальный принцип, лежащий в основе новой концепции хранения данных: если доменная стенка проходит «справа» от выпуклого квадрата, это может представлять значение 1, тогда как наличие доменной стенки «слева» может представлять значение 0. За счет локального нагрева лазером траекторию доменной стенки можно многократно изменять, делая носитель данных многоразовым.

«Затем мы планируем посмотреть, можно ли перемещать доменные стенки с помощью электрических полей, - объясняет проф. Малетинский. - Это сделало бы антиферромагнетики подходящими в качестве носителя информации, который работает быстрее, чем обычные ферромагнитные системы, но при этом потребляет значительно меньше энергии».
Видео: https://www.youtube.com/watch?v=H8mP-wQo5bs&feature=emb_logo

В антиферромагнитном монокристалле созданы области с разной ориентацией антиферромагнитного порядка (синяя и красная области), разделенные доменной стенкой. Их ходом можно управлять, структурируя поверхность. Это основа для новой концепции носителя информации

Ready, set, buy! Посібник для початківців - як придбати Copilot для Microsoft 365