Жесткие диски на основе магнитных «ежей» могут хранить намного больше информации
Новое исследование предполагает, что магнитные узоры атомного масштаба, напоминающие колючки ежа, могут привести к созданию жестких дисков с гораздо большей емкостью, чем современные устройства. Это открытие может помочь центрам обработки данных справиться с экспоненциально растущим спросом на облачные хранилища данных.
В исследовании, опубликованном в журнале Science, ученые из Университета штата Огайо использовали магнитный микроскоп для визуализации узоров, сформированных в тонких пленках из необычного магнитного материала, германида марганца.
В отличие от знакомых магнитов, таких как железо, магнетизм в этом материале движется по спирали, подобной структуре ДНК. Это приводит к новому «зоопарку» магнитных узоров с такими именами, как ежи, анти-ежи, скирмионы и мероны, которые могут быть намного меньше, чем сегодняшние магнитные домены.
«Эти новые магнитные узоры могут быть использованы для хранения данных следующего поколения устройств», — сказал Джей Гупта, старший автор исследования и профессор физики в штате Огайо.
«Плотность хранения на жестких дисках приближается к своему пределу, связанному с тем, насколько маленькими вы можете сделать магнитные домены, которые позволяют использовать это хранилище. И это побудило нас искать новые материалы, из которых мы могли бы сделать магнитные домены намного лучше и меньше».
Чтобы визуализировать магнитные узоры, Джей Гупта и его команда использовали в своей лаборатории сканирующий туннельный микроскоп, модифицированный специальными наконечниками. Этот микроскоп позволяет получать изображения магнитных узоров с атомным разрешением.
Их изображения показали, что в некоторых частях образца магнетизм на поверхности был закручен в узор, напоминающий колючки ежа. Однако в этом случае «тело» ежа имеет ширину всего 10 нанометров, что намного меньше, чем сегодняшние магнитные домены (около 50 нанометров), и его практически невозможно визуализировать.
Для сравнения: один человеческий волос имеет толщину около 80 000 нанометров.
Исследовательская группа также обнаружила, что рисунки ежей можно смещать на поверхности с помощью электрического тока или инвертировать с помощью магнитных полей. Это предвещает чтение и запись магнитных данных с потенциально меньшим потреблением энергии, чем это возможно в настоящее время.
«Эти магнитные узоры обладают огромным потенциалом для повышения энергоэффективности хранилища данных», — говорят ученые, хотя и предупреждают, что необходимо провести дополнительные исследования, прежде чем материал можно будет использовать в хранилище данных.
«У нас есть еще очень много фундаментальной науки, чтобы понять эти магнитные паттерны и улучшить то, как мы ими управляем. Но это очень захватывающий шаг».
Исследование было опубликовано в журнале Science.