Исследователи разработали магнитную память, управляемую напряжением, в качестве энергоэффективной альтернативы магниторезистивной памяти.
Современные системы хранения данных используют магнитные материалы для хранения информации, которая кодируется магнитными моментами атомов в материале. Магнитные моменты подобны стрелкам компаса и могут указывать в двух направлениях, представляя биты (0 или 1).
Направление магнитного момента изменяется и считывается для хранения и извлечения данных с помощью электрических токов. При этом выделяется много тепла, что приводит к значительным потерям энергии.
Принцип новой разработки учёных Автономного университета Барселоны (UAB) заключается в том, что состоянием ячейки можно управлять без токовой цепи, как происходит в случае классической магниторезистивной памяти. Вместо этого ячейкой управляют напряжением (магнитным полем), что резко снижает энергопотребление памяти и, как следствие, её тепловыделение.
Однако вместо того, чтобы работать с непрерывными плёнками, как в предыдущих исследованиях, учёные использовали наноточки. Это крошечные круглые структуры размером меньше ширины человеческого волоса, которые позволяют точно контролировать каждый магнитный момент.
Наноточки изготавливаются из первоначально парамагнитного (слабомагнитного) материала FeCoN (соединение железа, кобальта и азота). Однако, когда на электрод, расположенный снизу, подаётся напряжение, оно создаёт электромагнитное поле, которое выталкивает отрицательно заряженные ионы азота из материала в окружающий электролит.
Это превращает материал в ферромагнетик, то есть атомы железа и кобальта теперь могут выравнивать свои магнитные моменты в ответ на воздействие магнитного поля.
Ключевым моментом здесь является то, как ионы азота мигрируют из материала. Их движение начинается в нижней части наноточки (ближе всего к электроду) и продолжается вверх, создавая растущий ферромагнитный слой снизу вверх.
По мере утолщения этого ферромагнитного слоя магнитные моменты спонтанно выстраиваются в вихревое состояние, состоящее из магнитных моментов, вращающихся вокруг центрального ядра. Эта конфигурация, которую исследователи назвали вихревым состоянием, позволяет точно и энергоэффективно управлять магнитными свойствами.
Каждое из магнитных свойств может хранить информацию в нескольких состояниях. Например, если исследователи смогут надёжно различать 8 различных уровней намагниченности, точно контролируя время подачи напряжения, то одна наноточка сможет эффективно хранить 8 различных значений (а не только 0 или 1).