Silicon Taiga: Новый тип магнитной памяти не требует использования магнитов

Ученые из Еврейского университета (Hebrew University), Иерусалим, и Научного института Вайцмана (Weizmann Institute of Science) разработали новую достаточно простую технологию намагничивания материалов, которая может избавить от необходимости использования постоянных и электрических магнитов в устройствах магнитной записи и хранения данных. Помимо этого, структура новых ячеек магнитной памяти совместима с существующими технологическими процессами производства полупроводников, что позволит создать недорогие кремниевые универсальные устройства памяти, обладающие чрезвычайно высоким показателем плотности хранения информации.

У каждого из существующих типов памяти имеются свой ряд преимуществ и недостатков. Динамическую память RAM, обладающую высокой скоростью работы, требуется постоянно регенерировать, а при выключении питания данные, хранимые в RAM-памяти, полностью теряются. Энергонезависимая флэш-память обладает достаточно малым быстродействием, особенно при операциях записи информации. И практически все виды современной памяти приближаются к пределам миниатюризации, что начинает ограничивать дальнейшее увеличение показателя плотности хранения информации.

Израильским ученым, согласно материалу, опубликованному в Nature Communications, удалось создать совершенно новый тип энергонезависимой магнитной памяти, хранящий информацию в виде направления вращения электронов частички магнитного материала. Основой этого типа памяти, который получил название безмагнитной спин-памяти (magnetless spin memory, MSM), являются молекулы органических соединений определенного вида, которые называются хиральными молекулами (chiral molecule). Особенностью этих молекул является свойство этой молекулы не совмещаться в пространстве с другой молекулой - зеркальным двойником, изомером. Комбинации из этих хиральных молекул позволяют реализовать передачу электронов, упорядочивая направление их вращения, в необходимые точки пространства, что позволяет намагнитить или размагнитить наночастицы из обычного магнитного материала.

На одном из приведенных рисунков показана структурная схема ячеек MSM-памяти. Золотые контакты показаны желтым цветом, тонкий слой ферромагнитного материала показан фиолетовым цветом. Красным цветом показан изолирующий слой из окиси алюминия, разделяющий слой хиральнных молекул окиси кремния от слоя магнитного материала. Чтение и запись информации осуществляются путем подачи соответствующих электрических сигналов на пару золотых электродов. Когда через устройство начинает течь электрический ток, то электроны поляризуются с помощью хиральных молекул. Поляризация электронов передается частичкам никеля, намагничивая или размагничивая их. Чтение записанной информации осуществляется с помощью очень слабого электрического тока, с помощью которого измеряется изменение сопротивления ячейки памяти. А значение сопротивления напрямую связано с намагниченностью никелевой наночастицы.

Используя вышеописанную технологию, израильские ученые продемонстрировали, что на ее основе возможно создание магнитных устройств хранения данных, которые не будут требовать использования постоянных или электрических магнитов, и которые можно миниатюризировать до уровня одного бита данных на одну наночастицу магнитного материала. Такая технология потенциально может обойти ограничения, которые сейчас сдерживают дальнейшее развитие существующих технологий магнитной записи. Помимо этого, новые устройства магнитной записи уже не будут сложными механическо-электрическими устройствами, как, к примеру, жесткие диски, это будут универсальные чипы, подобные чипам флэш-памяти, но с более быстрой скоростью доступа и с более низким уровнем энергопотребления.