Молодые учёные из лаборатории плёночных технологий Школы естественных наук Дальневосточного федерального университета (ДВФУ) и Южноуральского государственного университета (ЮУрГУ) исследовали устойчивое состояние скирмиониума в магнитном материале и предложили использовать его для организации нового типа беговой памяти (racetrack memory). Ранее предлагалось производить устройства беговой памяти на магнитной конфигурации скирмиона — топологически устойчивого вихреподобного участка намагниченности. Скирмиониум оказался более перспективным для хранения информации.
Устройства, в которых будет применён принцип беговой памяти, смогут хранить намного больше информации по сравнению с современными флеш-накопителями и жёсткими дисками. Значительно возрастёт скорость чтения/записи и время хранения данных.
«Мы провели комплексное исследование процессов зарождения, движения и аннигиляции скирмиониума под действием спинового тока. Полученные результаты позволяют организовать процессы записи, хранения и чтения информации в магнитной памяти. Варьируя магнитные параметры системы и плотность тока, можно получить разную плотность и скорость чтения/записи информации. Топологические особенности скирмиониума позволяют существенно повысить плотность записи информации. Мы исследовали стабильность скирмиониума под воздействием тока, чтобы определить технологические условия и режимы работы нашей памяти. В скирмиониуме удалось снять ограничения, свойственные скирмиону. В частности, нам удалось нивелировать силу Магнуса, действие которой приводило к потере данных». — Пояснил один из авторов работы, научный сотрудник лаборатории плёночных технологий ДВФУ Александр Колесников.
Учёный рассказал о новом способе зарождения скирмиониума на основе принципа наноструктурирования. Это позволяет избежать трудоёмкого процесса установки в магнитный модуль дополнительных наноконтактов. Таки образом, уникальная технология производства устройств беговой памяти, предложенная учёными ДВФУ и ЮУрГУ, проще и дешевле по сравнению с технологиями других исследователей.
Модули беговой памяти учёные предлагают изготавливать по принципу сэндвича: тяжёлый металл (платина, рутений, тантал и т.д.) покрывается тонким слоем ферромагнетика толщиной около одного нанометра, который сверху закрывается ещё одним слоем тяжёлого металла, чтобы избежать окисления ферромагнетика.
Память на скирмиониуме не требует внешних источников энергии. Диск на беговой памяти сохранит данные, даже если компьютер долго не будет подключён к источнику питания. При этом отсутствует ограничение по числу циклов записи. Это выгодно отличает технологию магнитной беговой памяти от технологии SSD-дисков, которые имеют конечное количество циклов перезаписи.
Беговая память (англ. racetrack memory, domain-wall memory (DWM)) — тип энергонезависимой памяти, принцип работы которой основан не на работе записывающей магнитной головки диска, а на перемещении магнитных доменов — устойчивых магнитных состояний в нанотреках — с помощью спиновых токов. Намагниченность в домене может переключаться между двумя стояниями — например, вверх и вниз. На этом принципе и основана запись информации в магнитной памяти, что позволяет записывать двоичный код путем чередования последовательности «0» и «1».
Напомним, что недавно сотрудники лаборатории плёночных технологий ДВФУ в сотрудничестве с коллегами из Австралии также разработали технологию для захвата, оперативной доставки и химического анализа молекул органических и неорганических соединений в сверхмалых концентрациях. Разработка будет полезна для более продуктивного решения задач в области микробиологии, медицины, химии и биохимии, где требуется быстро распознать мельчайшие следы опасных и токсических веществ, маркеров онкологических заболеваний и метаболитов патогенных микроорганизмов. Благодаря этой технологии многократно сокращается время лабораторных исследований: теперь это вопрос всего нескольких часов, а не нескольких дней.