מהפכה באחסון נתונים: כיצד מטא-חומרים תלת מימדיים ובועות מגנטיות זעירות יכולים לשנות הכל

חוקרים אחסנו רצפי סיביות בתחומים מגנטיים גליליים, תוך שימוש בתלת מימד מטא-חומרים. חידוש זה עשוי לשנות את אחסון הנתונים והמגנטו-אלקטרוניקה.

לראשונה, חוקרים הוכיחו שלא רק ביטים בודדים, אלא רצפי סיביות שלמים ניתן לאחסן בתחומים גליליים: אזורים גליליים זעירים בגודל של רק בסביבות 100 ננומטר. כפי שהצוות מדווח ביומן חומרים אלקטרוניים מתקדמיםממצאים אלה יכולים לסלול את הדרך לסוגים חדשים של אחסון נתונים וחיישנים, כולל אפילו גרסאות מגנטיות של רשתות עצביות.

אחסון מגנטי פורץ דרך

"תחום גלילי, שאנו הפיזיקאים מכנים אותו גם תחום בועות, הוא אזור זעיר וגליל בשכבה מגנטית דקה. הספינים שלו, התנע הזוויתי הפנימי של האלקטרונים שיוצר את המומנט המגנטי בחומר, מצביעים בכיוון מסוים. זה יוצר מגנטיזציה השונה משאר הסביבה. תארו לעצמכם בועה מגנטית קטנה בצורת גליל מרחפת בים של מגנטיזציה הפוכה", אומר פרופ' אולב הלוויג מ- הלמהולץ-מרכז דרזדן-רוסנדורףהמכון לפיזיקת אלומת יונים וחקר חומרים, המתאר את נושא המחקר שלו. הוא והצוות שלו בטוחים שלמבנים מגנטיים כאלה יש פוטנציאל גדול ליישומים ספינטרוניים.

קירות דומיין וצפיפות נתונים

קירות תחום נוצרים בקצוות של תחום גלילי זה, אזורים שוליים שבהם משתנה כיוון המגנטיזציה. בטכנולוגיית האחסון המגנטי, שהצוות של Hellwig מנסה להשיג, יהיה מכריע לשלוט במדויק על מבנה הספין בקיר התחום, מכיוון שניתן להשתמש בכיוון שלו עם כיוון השעון או נגד כיוון השעון ישירות כדי לקודד ביטים.

החוקרים מתמקדים גם בהיבט נוסף: "הדיסקים הקשיחים הנוכחיים שלנו, עם רוחבי המסלול שלהם של 30 עד 40 ננומטר ואורכי סיביות של 15 עד 20 ננומטר, מחזיקים בערך טרה-בייט אחד על משטח בגודל של בול דואר. אנו עובדים כדי להתגבר על מגבלה זו על צפיפות הנתונים על ידי הרחבת האחסון למימד השלישי", מסביר Hellwig.

הפתרון: מטא-חומרים בתלת מימד

מבנים רב-שכבתיים מגנטיים הם דרך מושכת לשלוט במבנה הספין הפנימי של קירות התחום מכיוון שניתן להתאים את האנרגיות המגנטיות המעורבות על ידי שילוב של חומרים ועובי שכבות שונים. הצוות של Hellwig השתמש בלוקים של שכבות מתחלפות של קובלט ופלטינה, מופרדים על ידי שכבות של רותניום, והפקיד אותם על פרוסות סיליקון.

המטא-חומר המתקבל הוא אנטי-פרומגנט סינתטי. המאפיין המיוחד שלו הוא מבנה מגנטיזציה אנכי שבו לגושי שכבה סמוכים יש כיווני מגנט מנוגדים, וכתוצאה מכך מגנטיזציה ניטרלית נטו בסך הכל.

זיכרון מסלול מרוצים ומבנים רב שכבתיים

"כאן נכנס לתמונה המושג של זיכרון 'מסלול המירוצים'. המערכת היא כמו מסלול מרוצים, שלאורכו מסודרים החלקים כמו מחרוזת פנינים. הדבר הגאוני במערכת שלנו הוא שאנו יכולים לשלוט באופן ספציפי בעובי השכבות ובכך, בתכונות המגנטיות שלהן. זה מאפשר לנו להתאים את ההתנהגות המגנטית של האנטי-פרומגנט הסינתטי כדי לאפשר אחסון לא רק של סיביות בודדות, אלא רצפי סיביות שלמים, בצורה של כיוון מגנטיזציה תלוי עומק של קירות התחום", מסביר Hellwig.

זה פותח את האפשרות להעביר תחומי צילינדר מרובי סיביות כאלה לאורך כבישי הנתונים המגנטיים הללו בצורה מבוקרת, מהירה וחסכונית באנרגיה.

יישומים עתידיים במגנטו-אלקטרוניקה

יש גם פוטנציאל ליישומים אחרים במגנטו-אלקטרוניקה. לדוגמה, ניתן להשתמש בהם בחיישנים מגנטוריסטיבים או ברכיבים ספינטרוניים. בנוסף, לננו-אובייקטים מגנטיים מורכבים שכאלה יש פוטנציאל גדול למימושים מגנטיים ברשתות עצביות שיכולים לעבד נתונים באותו אופן כמו המוח האנושי.