Изследователски екип от университета Фудан в Шанхай постигна пробив в изследването на клас магнитни материали, които биха могли да проправят пътя за по-бързи и по-енергийно ефективни компютърни чипове и устройства с памет.
Проучването, проведено от Държавната ключова лаборатория по повърхностна физика към университета Фудан, беше публикувано в четвъртък на уебсайта на списание Nature. Изследователите казват, че откритията затварят дългогодишната празнина между теорията и практическото използване на антиферомагнитни материали, които досега се смятаха за трудни за контролиране за приложения в реалния свят.
Повечето съществуващи технологии за съхранение на данни, включително твърди дискове и магнитна памет с произволен достъп, разчитат на феромагнитни материали. Тези материали съхраняват информация чрез превключване на посоките на намагнитване – обикновено описвани като „нагоре“ и „надолу“ – за представяне на двоични данни или 0s и 1s.
Но феромагнитните материали идват с присъщи ограничения. Силните им разсеяни магнитни полета ги правят уязвими на смущения, което ограничава колко плътно могат да бъдат опаковани данните. Те също така са склонни да работят по-бавно и консумират повече енергия, проблеми, които се превърнаха в големи пречки, тъй като индустрията на чиповете настоява за по-малки, по-бързи и по-енергийно ефективни устройства.
Антиферомагнитите отдавна се разглеждат като обещаваща алтернатива. В тези материали съседните магнитни моменти сочат в противоположни посоки, като ефективно се компенсират взаимно. В резултат на това антиферомагнитите почти не произвеждат разсеяни магнитни полета, което ги прави по-стабилни и по-подходящи за съхранение на данни с висока плътност. Те могат също така да превключват магнитните състояния много по-бързо от феромагнитите, предлагайки потенциал за значителни подобрения на скоростта в изчисленията.
Въпреки тези предимства, антиферомагнитите са изключително трудни за контролиране. Тъй като им липсва нетен магнитен сигнал, надеждното записване и четене на информация от тях остава основно техническо предизвикателство. В резултат на това експертите от индустрията често ги отхвърлят като научно интересни, но непрактични за разработване на чипове.
Екипът на университета Фудан казва, че вече е преодолял това препятствие. Изследователите откриха, че специален тип нискоразмерен, слоест антиферомагнит – представен от материала хром тиофосфат или CrPS4 – може да превключва между две стабилни магнитни състояния по предвидим начин, когато се прилага външно магнитно поле. Това поведение е подобно на това на феромагнитните материали, използвани в днешните устройства с памет.
„Това означава, че можем точно да контролираме магнитното състояние и директно да го наблюдаваме с помощта на нашия самостоятелно разработен магнито-оптичен микроскоп, който отговаря на основните изисквания за четене и писане на двоични данни“, каза У Шиуей, професор по физика в университета Фудан и съавтор на статията.
За да обясни как работи превключването, екипът разшири класически теоретичен модел – първоначално разработен, за да опише феромагнетици – така че може да опише и този нов тип антиферомагнетик. Ву каза, че моделът осигурява солидна научна основа за бъдещи приложения на устройства.
За разлика от конвенционалните слоести антиферомагнетици, при които магнитните слоеве се обръщат един по един и могат да нарушат цялостното магнитно състояние, новоизследваният материал се превключва по начин „заключен между слоевете“. С прости думи, всички слоеве се обръщат заедно, запазвайки стабилността на системата, като същевременно запазва ключовите предимства на антиферомагнитите.
Изследователите също така предложиха ясен критерий, който може да се използва, за да се предвиди как ще се държат различните антиферомагнитни материали, когато са подложени на магнитни полета. Това може да помогне на учени и инженери да идентифицират кои материали са най-подходящи за използване в бъдещи технологии за чипове и памет.
Индустриални анализатори казаха, че напредъкът може да подкрепи стремежа на Китай да спечели предимство в полупроводниковите технологии от следващо поколение, потенциално променяйки конкуренцията в глобалния сектор на информационните технологии.
Нашия източник е Българо-Китайска Търговско-промишлена палaта