Підтверджено контроль над хіральністю магнітних спіралей для надщільних пристроїв пам'яті

Спільна дослідницька група під керівництвом Хідетоші Масуди (Hidetoshi Masuda) та Йошінорі Оносе (Yoshinori Onose) з Інституту дослідження матеріалів Університету Тохоку, у співпраці з організаціями CROSS, J-PARC, Університетом Кейо та Кіотським університетом, оголосила про вагомий прорив у галузі спінтроніки. Науковцям вдалося продемонструвати точний і детермінований контроль над напрямком закручування (магнітною хіральністю) у металевому гелімагнетику. Це відкриття закладає фундамент для створення оперативної та постійної пам'яті нового покоління.

Детальні результати дослідження були опубліковані в науковому журналі Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).

Традиційні пристрої магнітного зберігання даних, такі як жорсткі диски комп'ютерів (HDD), використовують мікроскопічні магніти для запису бінарного коду («0» та «1»). Проте під час мініатюризації таких пристроїв виникає серйозна перешкода: розсіяні магнітні поля окремих компонентів починають взаємодіяти із сусідніми елементами. Ці «перехресні завади» викликають збої в роботі, що обмежує щільність запису даних.

Альтернативою є гелімагнетики - матеріали, у яких мікроскопічні атомні магніти розташовані у вигляді закрученої спіралі. Вони за своєю природою не створюють зовнішніх розсіяних полів, а отже - захищені від подібних збоїв. Якщо використовувати напрямок закручування цієї спіралі (праву або ліву дзеркальну хіральність) для кодування «0» та «1», можна досягти надвисокої щільності збереження інформації.

Раніше деякі експерименти вже вказували на можливість керувати хіральністю за допомогою одночасного подання електричного струму та магнітного поля. Проте всі попередні підтвердження базувалися на непрямих, макроскопічних електричних вимірюваннях, які часто піддавалися впливу експериментальних артефактів та похибок. Прямих мікроскопічних доказів досі не існувало.

Щоб розв'язати цю проблему, японські фізики використали метод спін-поляризованого розсіювання нейтронів. Спіни нейтронів взаємодіють із впорядкованими по спіралі атомними магнітами, що дає змогу напряму «побачити» хіральність матеріалу.

Автори розробили оригінальну експериментальну установку для кімнатної температури. Вони застосували її до металевого гелімагнетика YMn6Sn6, одночасно пропустивши крізь нього потужний рівномірний електричний струм та діючи магнітним полем.

Дослідження зразка на базі наукового комплексу J-PARC продемонстрували, що такий зовнішній вплив успішно вирівняв напрямок спіралей, зробивши його однорідним на 99% від усього об'єму матеріалу.

«Це пряме спостереження надає остаточні фізичні докази контролю над магнітною структурою, повністю вільні від будь-яких експериментальних артефактів», - підкреслив доктор Масуда.

Цей технологічний прорив створює надійну базу для розвитку гелімагнітної спінтроніки та суттєво прискорить розробку інноваційних, енергоефективних пристроїв пам’яті надвисокої щільності.