Микромагнитную модель элемента трехмерной памяти создали на основе массивов сегментированных плотноупакованных нанопроволок ученые Дальневосточного федерального университета (ДВФУ) совместно с зарубежными коллегами из Сеула, сообщает 25 октября портал «Научная Россия» со ссылкой на пресс-службу ДВФУ.

Команда ученых в результате исследования влияния полей взаимодействия между магнитными элементами в устройствах трехмерной памяти следующего поколения создали микромагнитную модель элемента памяти и смогли записать бит информации.

Эта разработка позволит создать первый элемент трехмерной магнитной памяти, что в дальнейшем позволит изготавливать энергонезависимые, экономичные и надежные цифровые устройства.

Результаты исследования представлены в статье «Межпроволочные и внутрипроволочные магнитостатические взаимодействия в нанопроволоках штрих-кода Fe-Au с чередующимися ферромагнитно сильными и слабыми сегментами», опубликованной в научном журнале Small.

В лаборатории спин-орбитроники ДВФУ рассказали, что исследуемые нанопроволоки сформированы из повторяющихся наноразмерных сегментов железа и золота, в которых железные сегменты обладают магнитными свойствами и могут запоминать информацию, а золото разделяет их в пространстве.

Микромагнитная модель, созданная на основе полученных экспериментальных данных, позволила подробно изучить, как ведут себя под действием магнитного поля сегменты нанопроволок, и установить у них три разных типа магнитостатических взаимодействий.

В таких устройствах у каждого магнитного элемента может быть два противоположных направления намагниченности, которые можно обозначить как 0 и 1. Это позволяет использовать их для записи и хранения информации.

Но, в отличие от существующих устройств магнитной записи, где биты информации записаны в двумерном пространстве (например, на плоской поверхности жесткого диска, где магнитные домены играют роль запоминающего элемента), предложенные устройства магнитной памяти следующего поколения будут размещать запоминающие ячейки в трехмерном пространстве, многократно увеличив плотность записи.

Такие устройства памяти не потребуют движущихся частей, как в жестких магнитных дисках (HDD), в них будут перемещаться сами биты. Трехмерная конфигурация и плотная упаковка таких сегментов позволяет сделать память дешевой, быстрой, экономичной и надежной.

Один из авторов статьи, научный сотрудник лаборатории спин-орбитроники ДВФУ Алексей Самардак пояснил:

«Устройства магнитной памяти на основе плотно упакованных магнитных нанопроволок могут стать прорывом в вычислительных технологиях. Хранение информации в них не зависит от наличия электропитания, запись одного бита требует намного меньше энергии, происходит быстрее, а сама память долговечнее, поскольку отсутствуют механические части и полупроводниковые элементы».

Однако успешное создание таких устройств всё еще требует решения важных фундаментальных задач, одна из которых — исследование влияния полей взаимодействия на магнитное поведение всего массива нанопроволок, поскольку изменение магнитных свойств запоминающих ячеек под действием таких взаимодействий может привести к стиранию записанной информации или неправильной записи, отметил исследователь.

Алексей Самардак отметил также, что такая нанопроволока может быть использована в биомедицине как элемент наносенсоров, систем доставки лекарств и биомолекулярной сепарации.

В ДВФУ исследователи для создания магнитной памяти нового поколения используют принципы спин-орбитроники. Запись в ней осуществляется без приложения внешних магнитных полей — спиновым током, а хранение информации не требует потребления энергии.

Такая память востребована в отраслях, где для расчетов нужны быстрые компьютеры, — от центров обработки данных до автономных автомобилей и метеопрогнозов. В дальнейшем это даст новые возможности для создания аппаратных систем искусственного интеллекта и квантового компьютера.