Крошечные магнитные вихри позволят хранить данные куда эффективнее, чем современные HDD и SSD

Учёные Аргоннской национальной лаборатории Министерства энергетики США продвигаются в изучении таких магнитных явлений, как микроскопические магнитные вихри, или скирмионы. Это устойчивые магнитные возбуждения в материалах, которые в будущем могут заменить традиционную магнитную запись на жёстких дисках и память MRAM. В отличие от обычной намагниченности скирмионы труднее разрушить, что обещает повышенную надёжность записи. Но это ещё не всё.

Источник изображений: Argonne

Структуру и возможность образования магнитных вихревых структур около 60 лет назад предсказал британский физик-теоретик Тони Скирми (Tony Skyrme). Позже эти магнитные вихри получили его имя. Это топологически устойчивые магнитные образования, которые можно возбуждать в магнитных плёнках, а затем считывать их состояние. По сравнению с классическими магнитами (намагниченностью) скирмионы обещают оказаться на три–четыре порядка энергоэффективнее в задачах хранения данных и они также не требуют питания для поддержки состояния намагниченности.

В настоящий момент скирмионы остаются предметом раннего исследования, хотя учёные уже примерно понимают, как на их основе создать ячейки памяти. Учёные аргорнской лаборатории используют для этого сочетание электронного микроскопа и искусственного интеллекта. Алгоритм научили распознавать скирмионы в слоях материала, охлаждённого до сверхнизких температур. Выяснилось, что чем сильнее охлаждают материал, тем меньше шансов у скирмионов уцелеть. При температуре -168 °C скирмионы практически исчезли, тогда как нагрев до -50 °C вернул магнитной структуре порядок.

Светлые точки — это зоны упорядоченности скирмионов и чем холоднее материал, тем меньше порядка

Учёные уверены, что обратимость перехода от хаоса к порядку и наоборот создают простор для изобретения новых эффективных систем магнитной памяти. Совсем скоро для хранения данных в мире будет потребляться до 25 % всей вырабатываемой на Земле энергии. Это недопустимая роскошь. Компьютеры нуждаются в новых и энергоэффективных системах памяти. Скирмионы являются одними из многообещающих кандидатов на эту роль, хотя их ещё изучать и изучать.