«Принципиально другой подход»: учёные из России и Китая разработали технологию для создания электроники нового типа

Группа учёных из России и Китая создаёт прототип первого элемента магнитной памяти. В основе разработки новая область физики — спин-орбитроника. Исследователи нашли способ управлять ориентацией спина электронов — параметров наклона и вращения частиц в присутствии магнитного поля. Магнитная память может в будущем дополнить или заменить традиционные полупроводниковые технологии. Технология позволит создавать более эффективную память для компьютеров и смартфонов: такие устройства смогут неделями работать без подзарядки.

• Gettyimages.ru
• © vorDa

Российские учёные из Дальневосточного федерального университета (ДВФУ) совместно с зарубежными коллегами из Института физики Китайской академии наук разрабатывают прототип первого элемента магнитной памяти. Об этом RT сообщила пресс-служба Минобрнауки.

В будущем эта технология сможет дополнить или заменить полупроводниковую электронику. Например, магнитная память позволит создать смартфон, который сможет работать без подзарядки несколько недель. Возможность внедрения таких систем подтверждается результатами фундаментальных и прикладных исследований.

Работа ведётся в рамках нацпроекта «Наука и университеты» Минобрнауки России. Результаты опубликованы в журнале Nano Letters.

Для создания магнитной памяти учёные применяют принципы новой области физики — спин-орбитроники. Если в обычной микроэлектронике главным носителем информации является электрон, то в спин-орбитронике — магнитные свойства электрона, или его спин. Как отмечают учёные, спин электрона можно образно сравнить с вращением механического волчка, который стремится сохранить состояние равновесия. Вращение по часовой либо против часовой стрелки определяет направление спина — вверх или вниз. Эти показатели служат в спин-орбитронике аналогом нулевого бита либо единицы, которые кодируют информацию на запоминающих устройствах.

• Электроны, вращающиеся вокруг ядра атома
• Gettyimages.ru
• © ARTUR PLAWGO / SCIENCE PHOTO LIBRARY

Чтобы записать данные на магнитный носитель, нужно изменить намагниченность материала или направление спинов электронов. Сделать это можно, используя магнитное поле, оптическое излучение или электрический ток. Такой способ передачи и сохранения информации требует намного меньше энергии, чем традиционная электроника.

В своей новой работе группа учёных использовала возможность формирования многослойных магнитных плёнок в присутствии внешнего магнитного поля. Это приводит к тому, что спины электронов в слоях магнитных плёнок приобретают наклон относительно нормали к плоскости образца. Такой способ управления ориентацией спина или намагниченностью материала позволяет эффективно переключать биты с информацией, а также хранить и обрабатывать её при помощи токовых импульсов, не используя внешнее магнитное поле.

«Многим известно, что электроника — это область науки и техники, в основе которой заложены такие понятия, как электрический заряд и взаимодействия заряженных частиц, а также способы управления ими с помощью электромагнитного воздействия. На этих принципах создана элементная база различных устройств и приборов: компьютеров, телефонов, медицинского оборудования и вычислительной техники. В электронике информация передаётся, хранится и обрабатывается как электрический заряд. Спин-орбитроника базируется на принципиально другом подходе. Устройства спин-орбитроники также могут хранить и обрабатывать информацию, но без физического переноса заряженных частиц (электрического тока)», — пояснил в комментарии RT один из авторов исследования, проректор по научной работе ДВФУ Александр Самардак.

• Дальневосточный федеральный университет (ДВФУ)
• РИА Новости
• © Илья Аверьянов

Как отмечают авторы работы, спиновые системы будут работать быстрее и надёжнее, чем традиционные носители информации, такие как жёсткие магнитные диски (HDD), твердотельная память (SSD) и оперативная память (DRAM, SRAM). В перспективе это откроет новые возможности для реализации аппаратных систем искусственного интеллекта и квантового компьютера, считают учёные.

Кроме того, эти системы позволят экономить энергию: время автономной работы от одной зарядки телефонов или ноутбуков с такой памятью увеличится в несколько раз. Также авторы работы отмечают, что при отключении электропитания такие компьютеры не будут терять записанные в оперативную память данные.

Источник