Syntetiske ferrimagnetiske nanotråde gør mere effektive hukommelsesenheder

Racerback-hukommelse er en potentiel næste generations løsning til vores digitale lagerenheder. Imidlertid, nuværende eksperimenter med enkeltlags ferromagnetiske nanotråde er mindre effektive end forventet. Ny forskning offentliggjort i Videnskabelige rapporter viser, at udskiftning af dem med en dobbeltlags syntetisk ferrimagnetisk nanotråd reducerer kravene til elektrisk strøm med en faktor ti, og strømkrav med en faktor hundrede.

Racer rundt på banen

Når du køber en ny computer, vi skal vælge mellem en billig konventionel harddisk, og en solid state -lagerenhed. Konventionelle harddiske har bevægelige dele, som kan fejle, og det kræver meget strøm at holde diskene i gang. Solid state -enheder er hurtigere, og mindre tilbøjelige til at mislykkes, men de er betydeligt dyrere. Forskning offentliggjort for nylig i Videnskabelige rapporter bringer os tættere på en tredje mulighed - en ny type enhed, der har potentiale til at være 100 gange billigere end nuværende teknologier.

Racerback -hukommelse er en eksperimentel lagringsform, der gemmer data som en række magnetiske domæner i en nanotråd, ved hjælp af elektriske strømme til at 'skubbe' domænerne forbi et læse-/skriveelement. Racerbanehukommelse ville have en højere lagertæthed end sammenlignelige solid state -enheder kombineret med hurtigere læse-/skriveydelse og lavere energiforbrug.

I forsøgsudstyr, der bruger en enkelt ferromagnetisk nanotråd, ydeevnen er blevet påvirket af ufuldkommenheder i ledningen, som gør det sværere at flytte de magnetiske domæner, og kræver højere elektriske strømme.

Syntetiske ferrimagnetiske nanotråde fremskynder tingene

Christopher Marrows, Professor i kondenseret materiefysik ved University of Leeds, ledet et internationalt samarbejde mellem forskere, der undersøgte hypotesen om, at ydeevnen kunne forbedres ved hjælp af en to-lags nanotråd, med modstående magnetiske domæner i hvert lag til dannelse af en syntetisk ferrimagnet. Denne fremgangsmåde ville forenkle domænet vægstrukturer.

Da de havde brug for at bestemme, hvad der skete i begge trådlag, forskerne brugte en kombination af billeddannelsesmetoder. Transmissionselektronmikroskopi (TEM), udført ved University of Glasgow, viste, hvad der foregik i de kombinerede lag. På Diamond's Nanoscience beamline (I06), forskerne brugte XMCD-PEEM (X-ray Magnetic Circular Dichroism, Røntgenfotoelektronemissionsmikroskopi), en teknik, der er meget overfladefølsom og dermed ser ind i det øverste lag af nanotråden. Ved at kombinere de to sæt resultater, begivenhederne i begge lag kan kendes.

Resultaterne viste, at den syntetiske ferrimagnet faktisk tillader domænevægge at bevæge sig ved en lavere strøm, med en faktor 10. Dette svarer til en 100-faldig reduktion i den krævede effekt. Teoretisk modellering (udført på RIKEN Center for Emergent Matter Science) forklarer effekten, viser, at de enklere domænevægge ikke er den eneste faktor; måden lagene interagerer på gør det også lettere at flytte dataene.

Er målstregen i sigte?

For at det fulde potentiale i racerbanehukommelsen kan realiseres, det skal bevæge sig ud over 2-D (en flad ledning på en flad overflade), til 3D-hukommelsestårne, på hvilket tidspunkt fordelene ved fuld lagertæthed/omkostningsreduktion vil spille ind. For at det kan blive en mulighed, er et andet gennembrud nødvendigt. I mellemtiden, Prof Marrows har vendt sin opmærksomhed mod skyrmions, som han beskriver som domænevægge pakket ind i cirkulære objekter. "Hvis du tænker på domænevægge som perler, der bevæger sig på en abacus, " han siger, "så er skyrmions partikler på en overflade - de kan bevæge sig i 2 -D. De kan også bruges til at bygge racerbanens hukommelse, vores fremtidige enheder vil stole på."

"Hvad der er særligt spændende ved dette forskningsområde, "Prof Marrows fortsætter, "er, at vi studerer esoteriske kvantefysiske begreber, der er overraskende tæt på at have applikationer i den virkelige verden."