Чипы "поумнеют": ученые использовали специальный лазер для хранения информации

Ученые MIT нашли новый способ управления магнитными состояниями в материалах, что потенциально открывает путь к прогрессу в технологии чипов памяти. Об этом пишет Interesting Engineering.

Команда использовала терагерцовый лазер — источник света, колеблющийся более триллиона раз в секунду — для создания прочной магнитной фазы в антиферромагнитном материале. Исследователи успешно сместили атомные спины, настроив лазер на атомные колебания материала, достигнув ранее недостижимого магнитного состояния.

Антиферромагнитные материалы, известные своими чередующимися атомными спинами, которые нейтрализуют друг друга, устойчивы к внешним магнитным помехам, в отличие от традиционных ферромагнетиков. Это делает их идеальными кандидатами для надежных технологий хранения данных.

Однако их устойчивость к магнитным манипуляциям была давним препятствием. Прорыв MIT демонстрирует жизнеспособный подход к преодолению этой проблемы, знаменуя собой важный шаг к интеграции антиферромагнетиков в компактные, энергоэффективные чипы памяти.

Новое магнитное состояние

Исследовательская группа под руководством Нуха Гедика, профессора физики Доннера в Массачусетском технологическом институте, изучала, как свет может влиять на магнитные свойства FePS3, материала, который становится антиферромагнитным при температурах ниже 118 Кельвинов. Для управления его состоянием они использовали терагерцовый лазер, настроенный на частоту атомных колебаний материала, или фононов.

В твердых телах атомы соединены пружиноподобными связями, которые вибрируют на характерных частотах. Эти вибрации влияют на взаимодействие атомных спинов. Стимулируя фононы терагерцовым светом, команда нарушила сбалансированное выравнивание спинов материала, подтолкнув его в состояние с чистой намагниченностью — резкий сдвиг от его изначальной природы нулевой намагниченности.

"В целом мы возбуждаем материалы светом, чтобы узнать больше о том, что удерживает их вместе в основе своей", — говорит Гедик. "Например, почему этот материал является антиферромагнетиком, и есть ли способ нарушить микроскопические взаимодействия таким образом, чтобы он превратился в ферромагнетик?"

Чтобы проверить свою гипотезу, команда охладила образец FePS3 и подвергла его воздействию терагерцового импульса, полученного путем преобразования ближнего инфракрасного света через органический кристалл. Затем они проверили магнитный сдвиг, проанализировав образец с помощью поляризованных инфракрасных лазеров. Обнаруживаемое изменение в интенсивности прошедшего лазера подтвердило, что материал перешел в новое магнитное состояние.

Примечательно, что это индуцированное состояние сохранялось в течение нескольких миллисекунд — исключительно большая продолжительность по сравнению с пикосекундными (триллионная доля секунды) временными шкалами, обычно наблюдаемыми в фазовых переходах, индуцированных светом. Это окно дает исследователям достаточно времени для исследования свойств нового состояния и выявления дальнейших способов управления антиферромагнитными материалами.

Последствия для хранения данных

Антиферромагнитные материалы долгое время считались потенциальными игроками, способными изменить правила игры в области хранения информации. Их чередующиеся конфигурации спинов могли бы представлять двоичные данные, при этом одна конфигурация кодировала бы "0", а другая — "1". Эти данные оставались бы стабильными по отношению к внешним магнитным воздействиям, предлагая более надежную альтернативу существующим технологиям магнитного хранения.

Способность команды надежно переключать антиферромагнетик в новое состояние с помощью света открывает дверь к практическим приложениям. Эти материалы могут стать основой для чипов памяти следующего поколения, способных хранить и обрабатывать больше данных, потребляя меньше энергии и занимая минимальное пространство.

Группа Гедика продолжает совершенствовать свои методы, надеясь еще больше оптимизировать фазовые переходы, вызванные светом, и исследовать новые способы настройки антиферромагнитных свойств. Это в конечном итоге может привести к разработке более устойчивых и эффективных систем хранения данных, преобразуя ландшафт обработки данных и технологий.

Также сообщалось, что новая технология ученых из Токийского университета может сделать вычисления быстрее. По их словам, такие методы, как дифракционное литье, могут преодолеть различные проблемы, связанные с оптическими вычислениями.