Магнитные свойства оксидов помогут создать сверхъемкую память

Электричество и магнетизм правят нашим цифровым миром. Полупроводники обрабатывают электрическую информацию, в то время как магнитные материалы обеспечивают долговременное хранение данных. Исследовательская группа из Питтсбургского университета нашла способ объединения эти двух различных свойств в одном материале, подготовив почву для разработки новых сверхъемких устройств хранения данных и вычислительных архитектур.  

Возьмем обычный телефон или ноутбук: благодаря электричеству они обрабатывают и временно хранят информацию. Долговременное хранение данных в основном все еще осуществляется благодаря магнитным свойствам материалов. Диски, покрытые магнетиком, локально ориентированы (например, «север» или «юг» представляют «1» и «0»), и каждый независимый магнит может использоваться для хранения одного бита информации. Однако эта информация не связана напрямую с полупроводниками, используемыми для ее обработки. Создание магнитного материала, который мог бы хранить и обрабатывать информацию, позволило бы получить ранее невозможный набор гибридных свойств. 

Такой материал и был создан исследователями из Питтсбурга под руководством Джереми Леви (Jeremy Levy), почетного профессора в области физики конденсированного состояния и директора Питтсбургского квантового института. 

Леви и группа ученых опубликовала статью в Nature Communications, в которой объясняется открытие особой формы магнетизма, которая может быть стабилизирована с помощью электрических, а не магнитных полей. Работая с двумя слоями оксидов, толстым — из титаната стронция, и тонким — из алюмината лантана, исследователи обнаружили, что область соприкосновения двух материалов демонстрирует магнитные свойства, остающиеся стабильными при комнатной температуре. 

Эта область является проводимой, но приложив к ней напряжение (эквивалент двух батареек типа АА), исследователи получили диэлектрик с магнитными свойствами, которые обнаруживаются посредством магнитно-силовой микроскопии (метод сканирования поверхности исследуемого материала с помощью миниатюрного магнита, регистрирующего притяжение или отталкивание со стороны магнитного слоя).  

Обнаруженные магнитные свойства были открыты исследовательской группой под руководством Леви сразу после его предыдущего изобретения, названного Etch-a-Sketch Nanoelectronics, в котором ученый использовал те же материалы (Etch-a-Sketch, «волшебный экран» — детская игрушка, представляющая  собой экран с двумя ручками для создания рисунков. Внутри экрана засыпан алюминиевый порошок. Если потрясти экран – изображение исчезнет, и рисовать можно заново — прим. DefenceMedia). Теперь полученные результаты могут быть использованы совместно со сверхминиатюрными транзисторами, детекторами терагерцевых излучений и одноэлектронными устройствами, демонстрировавшимися ранее. 

«Эта работа на самом деле является многообещающей и может привести к созданию нового типа устройств для хранения данных, основанных на магнитных свойствах материалов», — рассказывает Стюарт Вулф (Stuart Wolf), глава Института nanoSTAR (входит в Виргинский университет). Хотя Вулф не входил в группу Джереми Леви, он считается одним из пионеров исследований в области спинтроники. 

«Магнетики реагируют на магнитные поля и не так чувствительны к электрическому воздействию, — объясняет Леви. — Мы открыли новое семейство материалов на основе оксидов, которые могут полностью изменять поведение под воздействием электричества».