Svarbus žingsnelis tobulinant netriniąsias magnetines atmintines

Mokslininkų komanda, vadovaujama fizikos profesoriaus Dano Ralfo (Dan Ralph) bei taikomosios ir inžinerinės fizikos profesoriaus Roberto Bermano (Robert Buhrman), panaudojo itin spartų osciloskopą, kad išsiaiškintų, kaip įvertinti srovės sužadinamų sukimo momentų stiprį. Šio fizikinio reiškinio pagrindu informacija įrašoma į atminties įrenginius, vadinamus magnetinėmis tunelinėmis sandūromis. Gauti rezultatai buvo išspausdinti vasario 28 dienos prestižinio žurnalo „Nature Physics“ internetiniame variante.

Magnetines tunelines sandūras sudaro dviejų feromagnetų sumuštinis, į kurio vidų yra įspraustas kelių nanometrų storio oksido dielektrikas. Tokio įtaiso elektrinė varža skirtingomis magnetinių elektrodų kryptimis (lygiagrečiai ir nelygiagrečiai) skiriasi, todėl šios dvi būsenos sudaro netriniosios atminties elementą, kuriam informacijai saugoti nereikia elektros energijos. Šiandieninis netriniosios atminties pavyzdys yra vadinamosios „flash“ atmintinės, tačiau jų veikimas yra paremtos silicio technologijų pagrindu, o tai reiškia, jog toks įtaisas turi ribotą galimų įrašymo ciklo skaičių – priešingai nei magnetinės atmintinės.

Magnetinių atmintinių technologijų plėtojimą ilgą laiką stabdė tai, jog norint pakeisti šių įtaisų magnetines būsenas (t. y. įrašyti informaciją) reikia magnetinių laukų. Šis technologinis ypatumas apriboja atmintinių talpą ir veikimo efektyvumą, mat magnetiniai laukai pasižymi tolimuoju poveikiu ir yra santykinai silpni, todėl tam, kad būtų sukurtas pakankamai stiprus laukus, galintis pakeisti įrenginio būseną, būtinos ganėtinai stiprios srovės ir stori laidai.

Kornelio universiteto mokslininkai ėmėsi naujos kartos magnetinių įrenginių, kuriuose informacija apdorojama be magnetinių laukų, tyrimo. Tyrėjai pritaikė vadinamojo „sukinių momento“ mechanizmą, kurio pagrindą sudaro fundamentali elektrono savybė – sukinys. Kuomet elektronai tunelinėse sandūrose sąveikauja su magnetais, jie perduoda dalį savo judesio kiekio momento. Pasak D. Ralfo, dėl šio reiškinio gali susidaryti labai stiprus sukimo momentas, tenkantis vienetinei srovei, todėl toks mechanizmas netgi yra 500 kartų efektyvesnis už magnetinių laukų panaudojimą magnetinės informacijos rašymui.

Tam, kad išmatuotų sukinių momentus, tyrėjai panaudojo Kornelio Nanodydžio sistemų centro osciloskopą. Jie magnetinėse tunelinėse sandūrose kintamąja srove sukūrė sukimo momentą ir išmatavo susidariusių varžos svyravimų amplitudę. Kadangi varža priklauso nuo dviejų tunelinės sandūros magnetų santykinės orientacijos, varžos svyravimų dydis turėtų būti tiesiogiai susijęs su magnetinio judėjimo amplitude, vadinasi, ir sukimo momento dydžiu.

Tyrėjai tikisi, kad tokie eksperimentai pagerins pramoninę netriniųjų atmintinių gamybą, nes jie leidžia geriau suprasti, kaip derėtų tokias atmintines konstruoti, bei kokios medžiagos tam tikroms konstrukcijoms tiktų labiausiai.