Pliki komputerowe, które wykorzystujemy codziennie w pracy i w czasie wolnym są po prostu strumieniami danych cyfrowych złożonych z zer i jedynek. Zera i jedynki znajdują się na cienkiej warstwie magnetycznej na dysku twardym komputera, gdzie obszary magnetyczne skierowane w górę oznaczają jedynki, a te skierowane w dół - zera.

1. W tym roku mija 55 rocznica twardego dysku (HDD). Na zdjęciu pierwszy twardziel wprowadzony w 1956 r. do komputera IBM 305 RAMAC. Ważył ponad tonę i mieścił imponującą ilość danych - 5 MB

Wielkość takiego obszaru magnetycznego wynosi obecnie kilkadziesiąt nanometrów, co oznacza, że jeden terabajt danych można zmieścić na zaledwie czterech centymetrach kwadratowych. Chociaż brzmi to imponująco, to "miniaturyzacja" nastręcza wiele problemów fizykom i inżynierom. Szybko zmieniająca się i stale rozwijająca się branża technologii informatycznych wymaga obecnie, aby zapis poszczególnych elementów informacji na tych malutkich bitach magnetycznych odbywał się tak szybko i wydajnie energetycznie jak to możliwe.

Z pomocą może tutaj przyjść forma nowej metody zapisu danych magnetycznych opracowana przez finansowany ze środków unijnych zespół naukowców z Francji i Hiszpanii. W artykule opublikowanym w czasopiśmie Nature zespół podkreśla, że ta metoda może pomóc w rozwiązaniu tych problemów oraz sprostać zmieniającym się wymogom rynkowym. Badania otrzymały grant Europejskiej Rady ds. Badań Naukowych (ERBN) dla początkujących naukowców o wartości około 1,5 mln EUR w ramach projektu NOMAD (Nanoskalowa dynamika magnetyzacji), który otrzymał dofinansowanie z tematu "Pomysły" Siódmego Programu Ramowego (7PR).

Obecna metoda, wykorzystująca pola magnetyczne wytworzone przez przewody i zezwoje, jest obciążona kilkoma ograniczeniami pod względem skalowalności i efektywności energetycznej. Nowa technika zaproponowana przez zespół eliminuje zapotrzebowanie na kłopotliwe pola magnetyczne i zapewnia niezwykle prosty i odwracalny zapis elementów pamięci poprzez wprowadzanie prądu elektrycznego równoległego do płaszczyzny bitu magnetycznego. Klucz tego efektu polega na inżynierii asymetrycznych interfejsów na górze i na dole warstwy magnetycznej, indukujących pole elektryczne na całym materiale, w tym przypadku warstwie kobaltu o grubości poniżej jednego nanometra, wciśniętej między platynę a tlenek glinu.

Dzięki subtelnym efektom relatywistycznym, elektrony przechodzące przez warstwę magnetyczną faktycznie postrzegają pole elektryczne materiału jako pole magnetyczne, co z kolei wpływa na ich magnetyzację. W zależności od natężenia prądu i kierunku magnetyzacji, można indukować efektywne pole magnetyczne wewnątrz materiału, które jest wystarczająco silne, aby odwrócić magnetyzację.

Badania mają znaczenie dla opracowania magnetycznych pamięci o dostępie swobodnym, inaczej MRAM. Gdyby pamięcią MRAM zastąpić standardową pamięć RAM, która musi być odświeżana co kilka milisekund, to komputer włączałby się natychmiast, oszczędzając sporo energii.

Zespół wykazał w toku badań, że metoda działa niezawodnie w temperaturze pokojowej.

Dodatkową zaletą tego odkrycia jest fakt, że indukowany prądem zapis magnetyczny jest bardziej wydajny w "twardych" warstwach magnetycznych niż w "miękkich". Wydaje się to przeczyć intuicji, gdyż miękkie materiały magnetyczne z definicji łatwiej się przełącza za pomocą zewnętrznych pól magnetycznych. Jest to jednak bardziej praktyczne, gdyż twarde magnesy można zminiaturyzować do wymiarów nanometrycznych bez utraty ich właściwości magnetycznych. Umożliwi to zwiększenie gęstości upakowania pamięci bez obniżania zdolności zapisu.

Ogólnym celem projektu NOMAD, który będzie realizowany do 2013 r., jest opracowanie pionierskich podejść do kontrolowania właściwości magnetodynamicznych elementów molekularnych i metalowych w skali nanometrycznej.

Więcej informacji:
Institut Català de Nanotecnologia

Referencje dokumentu: Mihai Miron, I. et al. (2011) Perpendicular switching of a single ferromagnetic layer induced by in-plane current injection. Nature. DOI: 10.1038/nature10309.

© Unia Europejska 2005-2011

Źródło: CORDIS