Чипи "порозумнішають": вчені використали спеціальний лазер для зберігання інформації

Учені MIT знайшли новий спосіб управління магнітними станами в матеріалах, що потенційно відкриває шлях до прогресу в технології чипів пам'яті. Про це пише Interesting Engineering.

Команда використовувала терагерцовий лазер — джерело світла, що коливається понад трильйон разів на секунду — для створення міцної магнітної фази в антиферомагнітному матеріалі. Дослідники успішно змістили атомні спіни, налаштувавши лазер на атомні коливання матеріалу, досягнувши раніше недосяжного магнітного стану.

Антиферомагнітні матеріали, відомі своїми атомними спінами, що чергуються і нейтралізують один одного, стійкі до зовнішніх магнітних перешкод, на відміну від традиційних феромагнетиків. Це робить їх ідеальними кандидатами для надійних технологій зберігання даних.

Однак їхня стійкість до магнітних маніпуляцій була давньою перешкодою. Прорив MIT демонструє життєздатний підхід до подолання цієї проблеми, знаменуючи собою важливий крок до інтеграції антиферомагнетиків у компактні, енергоефективні чипи пам'яті.

Новий магнітний стан

Дослідницька група під керівництвом Нуха Гедіка, професора фізики Доннера в Массачусетському технологічному інституті, вивчала, як світло може впливати на магнітні властивості FePS3, матеріалу, що стає антиферомагнітним за температур нижче 118 Кельвінів. Для управління його станом вони використовували терагерцовий лазер, налаштований на частоту атомних коливань матеріалу, або фононів.

У твердих тілах атоми з'єднані пружиноподібними зв'язками, які вібрують на характерних частотах. Ці вібрації впливають на взаємодію атомних спінів. Стимулюючи фонони терагерцовим світлом, команда порушила збалансоване вирівнювання спінів матеріалу, підштовхнувши його в стан із чистою намагніченістю — різкий зсув від його початкової природи нульової намагніченості.

"Загалом ми збуджуємо матеріали світлом, щоб дізнатися більше про те, що утримує їх разом в основі своїй", — каже Гедік. "Наприклад, чому цей матеріал є антиферомагнетиком, і чи є спосіб порушити мікроскопічні взаємодії таким чином, щоб він перетворився на феромагнетик?"

Щоб перевірити свою гіпотезу, команда охолодила зразок FePS3 і піддала його впливу терагерцового імпульсу, отриманого шляхом перетворення ближнього інфрачервоного світла через органічний кристал. Потім вони перевірили магнітний зсув, проаналізувавши зразок за допомогою поляризованих інфрачервоних лазерів. Виявлена зміна в інтенсивності пройденого лазера підтвердила, що матеріал перейшов у новий магнітний стан.

Примітно, що цей індукований стан зберігався протягом кількох мілісекунд — винятково велика тривалість порівняно з пікосекундними (трильйонна частка секунди) часовими шкалами, які зазвичай спостерігаються у фазових переходах, індукованих світлом. Це вікно дає дослідникам достатньо часу для дослідження властивостей нового стану і виявлення подальших способів управління антиферомагнітними матеріалами.

Наслідки для зберігання даних

Антиферомагнітні матеріали довгий час вважали потенційними гравцями, здатними змінити правила гри в галузі зберігання інформації. Їхні конфігурації спінів, що чергуються, могли б представляти двійкові дані, при цьому одна конфігурація кодувала б "0", а інша — "1". Ці дані залишалися б стабільними щодо зовнішніх магнітних впливів, пропонуючи надійнішу альтернативу наявним технологіям магнітного зберігання.

Здатність команди надійно перемикати антиферомагнетик у новий стан за допомогою світла відкриває двері до практичних застосувань. Ці матеріали можуть стати основою для чипів пам'яті наступного покоління, здатних зберігати й обробляти більше даних, споживаючи менше енергії та займаючи мінімальний простір.

Група Гедіка продовжує вдосконалювати свої методи, сподіваючись ще більше оптимізувати фазові переходи, викликані світлом, і досліджувати нові способи налаштування антиферомагнітних властивостей. Це в кінцевому підсумку може призвести до розробки більш стійких і ефективних систем зберігання даних, перетворюючи ландшафт обробки даних і технологій.

Також повідомлялося, що нова технологія вчених з Токійського університету може зробити обчислення швидшими. За їхніми словами, такі методи, як дифракційне лиття, можуть подолати різні проблеми, пов'язані з оптичними обчисленнями.