Створені осередки нової магнітної пам’яті, здатні перемикатися з рекордно високою швидкістю за допомогою імпульсів світла

Група дослідників з університету Міннесоти розробила структуру і створила дослідні зразки магнітного тунельного переходу, стан якого може бути переключено за допомогою імпульсів світла, тривалістю в одну трильйонну частку секунди, що є абсолютним рекордом цього типу.

Такі переходи можуть стати основою осередків надшвидкісний магнітної пам’яті з оптичним керуванням і спінтронних пристроїв, пристроїв, що використовують для передачі і обробки інформації хвилеподібний рух спинив електронів.
Традиційна структура магнітного тунельного переходу складається з двох шарів різних магнітних матеріалів, розділених ізолюючим шаром, званим бар’єром. Інформація записується в такий осередок пам’яті шляхом змін намагніченості одного з шарів. Для цього, в більшості випадків, використовується рух обертових по спіралі електронів, а процес носить назву спін-обробки. Однак, спін-обробка має верхню межу по швидкодії, який знаходиться на частоті 1.66 ГГц, що значно нижче швидкодії навіть звичайних кремнієвих транзисторів.

Базою для створення магнітного переходу нового типу стали дослідження, проведені в 2007 році голландськими і японськими вченими. Вони продемонстрували, що сплав, що складається з гадолінію (Gd), заліза (Fe) і кобальту (Co) в певних пропорціях може змінювати свою намагніченість і інші параметри, що мають відношення до магнетизму, під впливом імпульсів світла. Цим сплавом дослідники з Міннесоти замінили верхній шар магнітного тунельного переходу. Ще однією модифікацією вихідної структури переходу стало додавання до нього електрода з прозорого струмопровідний матеріал – оксиду олова-індію. Вся структура магнітного тунельного переходу являє собою круглий стовпчик, діаметром в 10 мікрометрів, що більш ніж в десять разів менше товщини людської волосини.

Для перевірки працездатності переходу дослідники висвітлювали його послідовністю імпульсів інфрачервоного світла, що генеруються недорогим оптоволоконним лазером. Період проходження імпульсів дорівнював одній мікросекунди (мільйонна частка секунди), хоча тривалість кожного імпульсу не перевищувала одне трильйонної частки секунди. Кожен раз, коли імпульс світла потрапляв на поверхню переходу, вчені спостерігали стрибкоподібне зміна напруги на пристрої. А це зміна говорило про відповідну зміну електричного опору магнітного тунельного переходу. Оскільки тривалість імпульсу світла дорівнювала одній пікосекунди, то за допомогою такої технології, в теорії, можна отримати швидкість запису інформації в магніто-оптічекую пам’ять на рівні 1 терабіта в секунду.

“Наше досягнення може стати в майбутньому швидкодіючим буфером між оптоволоконної оптикою, яка забезпечує надвисокі швидкості передачі даних, і незалежними магнітними пристроями зберігання інформації” пишуть дослідники. А в своїх подальших дослідженнях вчені працюватимуть над зменшенням розмірів структури магнітного тунельного переходу до 100 нанометрів і менше. Крім цього, будуть проведені спроби зменшити кількість енергії, яку несе імпульсами світла, яка вимагається для зміни стану магнітного переходу. І всі ці зусилля, на думку вчених, повинні привести до створення технології незалежній магнітної пам’яті на тунельних переходах, чіпи якої можна проводити за допомогою стандартного технологічного обладнання.