Возможное будущее методов хранения данных

Увеличение плотности хранения данных, что кажется уже невозможным, на самом деле просто часть повседневных изысканий в области информационных технологий. Международная команда, включающая ученых из Forschungszentrum, Юлих, в настоящее время обнаружила физическое явление, которое может подходить для использования в дальнейшей агрегации данных. Они обнаружили, что доменные стенки, которые отделяют области в некоторых кристаллических материалах, демонстрируют явление поляризации, потенциально позволяя данным храниться в меньших областях, что может привести к экономии энергии.

Ученые из Юлиха, Швейцарского федерального технологического института в Лозанне (EPFL), Университета Силезии в Катовице, Польша, и Университета Xi'an Jiaotong в Китае, исследовали так называемые антисегнетоэлектрические кристаллы с помощью самых передовых электронных микроскопов и компьютерного моделирование. Эти материалы не обладают электрической поляризацией, и по этой причине не представляли интереса для таких приложений до недавнего времени. Исследователи теперь обнаружили, что некоторые районы в этих материалах действительно проявляют свойства, характерные для сегнетоэлектриков.

Сегнетоэлектричество генерируется, когда смещения положительных и отрицательных ионов приводят к образованию электрических диполей. Величина и ориентация этих диполей, также известная как поляризации, может быть изменена с помощью внешнего электрического поля и способна поддерживать себя без какого-либо дополнительного тока, пока не будет изменена. Сегнетоэлектрические материалы по этой причине уже используется, например, для хранения данных на железнодорожных билетах.

Сегнетоэлектрические области, которые обнаружили исследователи, имеют размеры всего около двух нанометров и могут в один прекрасный день быть использованы для хранения данных в одной десятой части пространства, которое используют современные магнитные материалы. Они образуют границы между одинаково структурированными областями остального антисегнетоэлектрического материала.

«Мы можем представить эти материалы как объекты трехмерной мозаики, изготовленной из регулярно расположенных строительных блоков, называемых доменами, - объясняет д-р Сянькуй Вэй (Xiankui Wei), пост-докторант в EPFL. - Внутри каждого отдельного строительного блока поляризация отсутствует в связи с компенсацией противоположно расположенных электрических диполей в основной структурной единице, домене. Однако границы или «стенки» между доменами являются поляризованными».

Исследования с применением электронного микроскопа с атомным разрешением с помощью разработанной в Юлихе методики показали, что каждая стенка однородно поляризована. Единственным требованием для изменения поляризации и записи данных является импульс напряжения, поскольку поляризация сохраняется вплоть до перезаписи. Так как ток не является необходимым, то это потребляет меньше энергии, чем в случае накопителя на магнитном носителе.

Особенно интересным с точки зрения приложений является специальное расположение стенок. Под микроскопом можно увидеть при относительно низком увеличении, что домены разделены друг от друга длинными параллельными стенками. Положение недеформированных стенок является переменным – при приложении неоднородного электрического поля, они располагаются либо ближе, либо дальше друг от друга. Исследователи намерены изучить эти явления более подробно, поскольку способность точно контролировать подвижность и плотность стенок является важным требованием в плане технических приложений.

Электронномикроскопический снимок антисегнетоэлектрического кристалла, с темными, рельефными диагональными линиями, обозначающих границы. На полоске в левом нижнем углу указана длина 200 нм