Учёные MIT нашли способ увеличить вместимость магнитных жёстких дисков

Современные магнитные системы хранения данных уже достигают пределов, установленных физическими свойствами составляющих их материалов. Открытие учёных MIT сможет преодолеть фундаментальные ограничения, сигнализирующие о достижении пределов закона Мура, описывающего постоянные улучшения в области вычислений и хранения данных.

Открытие скирмионов

В 2016 году группа учёных под руководством профессора Джеффри Бич доказала существование частиц, названных скирмионами (skyrmions). Эти частицы встречаются на тонкой металлической плёнке, зажатой под плёнкой из другого металла. Скирмионы могут управляться электрическим полем и хранить в себе данные в течение длительного времени без необходимости подачи постоянного тока.

Идея учёных заключается в следующем. Вместо того, чтобы считывать и записывать информацию побитно, изменяя ориентацию намагниченных частиц на поверхности, как это делают современные магнитные диски, новая система использовала бы крошечные возмущения магнитной ориентации — скирмионы.

Можно ли контролировать появление скирмионов?

В 2016 году считалось, что расположение скирмионов на магнитной поверхности совершенно случайно, и нет возможности контролировать их появление. Сейчас же учёным удалось доказать, что создание скирмионов в определённом месте возможно. Это и является ключевым требованием для их использования в системах хранения данных. Свои находки учёные опубликовали в статье для журнала Nature Nanotechnology.

Предложенная система фокусируется на поведении граничных областей между разнонаправленными атомами. По словам профессора Бич, эти границы могут передвигаться в магнитном материале, причём ими можно управлять, разместив немагнитный слой тяжёлого металла на близком расстоянии к магнитному слою. Скирмионы в этом случае — небольшие завихрения магнитной ориентации в этих слоях.

Ключ к созданию скирмионов в определённых местах лежит в дефектах используемых материалов. Введя особый вид дефектов в магнитных слоях, можно заставить скирмионы быть привязанными к этим дефектным местам, а затем использовать эти места в качестве основы для записи данных, закодированных в скирмионах.

В чём отличие от существующего подхода?

Поскольку скирмионы устойчивы к внешним возмущениям, в отличие от существующих магнитных полюсов в магнитных запоминающих устройствах, данные могут храниться с использованием только крошечной области магнитной поверхности размером всего несколько атомов в поперечнике. Это означает, что на поверхность определённого размера можно записать гораздо больший объём данных.

Потенциально новая система может кодировать данные на очень высоких скоростях, что делает её эффективной в использовании в качестве оперативной памяти.

Когда начнём пользоваться?

Что остаётся решить до выпуска новой системы на рынок, так это проблему эффективного и относительно дешёвого способа чтения записанных в скирмионы данных. На данном этапе учёные используют сложную рентгеновскую спектроскопию, для которой требуется крупное и дорогостоящее оборудование. Исследователи планируют изучить другие способы получения информации, более практичные и подходящие для масштабного производства, среди которых рассматривается добавление дополнительного металлического слоя. Создавая определённую структуру на этом слое, можно обнаружить различия в электрическом сопротивлении в зависимости от того, присутствует скирмион в соседнем слое или нет.