В рамках проекта «5-100», участниками которого является 21 университет (это проект с господдержкой для повышения конкурентоспособности российских образовательных центров), учёные из Дальневосточного федерального университета (ДВФУ) сообщили о моделировании ячейки магнитной компьютерной памяти нового типа. Предложенная ячейка магнитной памяти работает на спиновом токе и отличается от всех коммерческих видов современной памяти.
Условное изображение магнитного вихря, известного как скирмион (Nanoscale / Royal Society of Chemistry)
Спиновый ток от обычного тока на заряжённых частицах (электронах) отличается тем, что перенос намагниченности происходит без переноса заряда. По сходному принципу работает память MRAM с эффектом переноса спина (STT-MRAM). Но в случае MRAM меняется намагниченность всего рабочего слоя ячейки, который довольно большой, отчего нельзя радикально повысить плотность записи MRAM. Физики ДВФУ в качестве элемента для хранения данных (для удержания намагниченности) воссоздали самостоятельный элемент скирмион. Мы уже рассказывали о таком физическом явлении как скирмион. Это магнитная вихревая структура наноразмерного уровня, направление магнитной оси индивидуальных атомов в которой меняется по мере удаления от центра вплоть до полной противоположности.
Более того, российские физики представили улучшенный скирмион — скирмиониум. В обоих случаях — это топологически устойчивые вихревые участки намагниченности, которые возможно с небольшими энергетическими затратами возбудить в ферромагнетике с помощью спинового тока. При этом вихревые образования стабильны, не размагничиваются и не требуют энергии для сохранения данных. Скирмиониум от скирмиона отличается более устойчивой структурой, например, на него практически не действует сила Магнуса, что предотвращает спонтанное размагничивание.
Зарождение скирмиониума с помощью спин-орбитальной передачи вращательного момента (иллюстрация Scientific Reports)
Физики из ДВФУ смоделировали скирмион радиусом 2 нм и скирмиониум радиусом 15 нм. В первом случае можно говорить о плотности записи 50 Тбит/дюйм2, во втором — 1 Тбит/дюйм2. В последнем случае это — примерная плотность записи на современных магнитных пластинах с перпендикулярной записью с использованием «черепичной» технологии SMR, что не очень интересно для промышленного исользования, так что учёным есть над чем поработать.
Что касается скорости записи, то на моделях она достигает 700 пикосекунд или, в пересчёте на более понятные цифры, 170 Мбайт/с для восьмибитовой «скирмионовой» ячейки. Чем больше ячеек, тем скорость записи будет выше, но пока говорить о практической стороне вопроса сильно преждевременно.
Трековая (беговая) память в представлении IBM
Новая память, кстати, получила название беговой. Подобную память под кодовым именем racetrack memory с 2008 года разрабатывает компания IBM. Идея в том, чтобы данные перемещались по носителю под воздействием синхроимпульсов без использования какой-либо механики. Скирмионы как раз позволяют реализовать подобную схему работы. Подробно о проделанной работе физики из ДВФУ рассказали в публикации на сайте Scientific Reports.
