Synthetische Ferrimagnet-Nanodrähte machen effizientere Speichergeräte

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Anonim

Racetrack-Speicher ist eine potenzielle Lösung der nächsten Generation für unsere digitalen Speichergeräte. Aktuelle Experimente mit einlagigen ferromagnetischen Nanodrähten sind jedoch weniger effizient als erwartet. Eine neue Studie, die in Scientific Reports veröffentlicht wurde, zeigt, dass der Ersatz durch einen zweilagigen synthetischen Ferrimagnet-Nanodraht den elektrischen Strombedarf um den Faktor zehn und den Leistungsbedarf um den Faktor hundert reduziert.

Rennen um die Strecke

Beim Kauf eines neuen Computers müssen wir zwischen einer billigen konventionellen Festplatte und einem Solid-State-Speichergerät wählen. Herkömmliche Festplatten haben bewegliche Teile, die ausfallen können, und es braucht viel Kraft, um die Festplatten in Bewegung zu halten. Halbleitergeräte sind schneller und weniger fehleranfällig, aber sie sind erheblich teurer. Die kürzlich in Scientific Reports veröffentlichte Studie bringt uns einer dritten Option näher - einem neuen Gerätestyle, der das Potenzial hat, 100-mal billiger als derzeitige Technologien zu sein.

Racetrack-Speicher ist eine experimentelle Form des Speicherns, die Daten als eine Reihe von magnetischen Domänen in einem Nanodraht speichert, wobei elektrische Ströme verwendet werden, um die Domänen an einem Lese- / Schreibelement vorbei zu schieben. Racetrack-Speicher hätte eine höhere Speicherdichte als vergleichbare Solid State Devices in Verbindung mit einer schnelleren Lese- / Schreibleistung und einem geringeren Energieverbrauch.

In experimentellen Geräten, die einen einzelnen ferromagnetischen Nanodraht verwenden, wurde die Leistung durch Unvollkommenheiten im Draht beeinträchtigt, die es schwieriger machen, die magnetischen Domänen zu bewegen, und erfordert höhere elektrische Ströme.

Synthetische Ferrimagnet Nanodrähte beschleunigen die Dinge

Christopher Marrows, Professor für Physik der kondensierten Materie an der Universität Leeds, leitete eine internationale Kollaboration von Forschern, die die Hypothese untersuchten, dass die Leistung durch Verwendung eines zweischichtigen Nanodrahts mit gegenüberliegenden magnetischen Domänen in jeder Schicht zu einem synthetischen Ferrimagnet verbessert werden könnte. Dieser Ansatz würde die Domänenwandstrukturen vereinfachen.

Da sie herausfinden mussten, was in beiden Drahtschichten vor sich ging, nutzten die Forscher eine Kombination von bildgebenden Verfahren. Transmissionselektronenmikroskopie (TEM), durchgeführt an der Universität von Glasgow, zeigte, was in den kombinierten Schichten vor sich ging. Auf Diamonds Nanoscience-Beamline (I06) verwendeten die Forscher XMCD-PEEM (Röntgenmagnetischer Zirkulardichroismus, Röntgenphotoelektronen-Emissions-Mikroskopie), eine Technik, die sehr oberflächenempfindlich ist und somit in die oberste Schicht des Nanodrahts eindringt. Durch Kombinieren der beiden Ergebnismengen können die Ereignisse, die in beiden Schichten auftreten, bekannt sein.

Die Ergebnisse zeigten, dass der synthetische Ferrimagnet tatsächlich ermöglicht, dass sich Domänenwände bei einem niedrigeren Strom um einen Faktor 10 bewegen. Dies entspricht einer 100-fachen Verringerung der benötigten Energiemenge. Theoretische Modellierung (durchgeführt am RIKEN Zentrum für Emerging Matter Science) erklärt den Effekt und zeigt, dass die einfacheren Domänenwände nicht der einzige Faktor sind; Die Art und Weise, wie die Ebenen interagieren, erleichtert auch das Verschieben der Daten.

Ist die Ziellinie in Sicht?

Um das volle Potenzial des Racetrack-Speichers auszuschöpfen, muss es über 2D (ein flacher Draht auf einer flachen Oberfläche) zu 3D-Speichertürmen hinausgehen, wodurch die Vorteile der vollen Speicherdichte / Kostenreduzierung erreicht werden abspielen. Damit dies möglich wird, ist ein weiterer Durchbruch notwendig. In der Zwischenzeit hat sich Prof. Marrows den Skyrmionen zugewandt, die er als in kreisförmige Objekte gehüllte Domänenwände beschreibt. "Wenn man sich Domänenwände als Perlen vorstellt, die sich auf einem Abakus bewegen", sagt er, "dann sind Skyrmionen Teilchen auf einer Oberfläche - sie können sich in 2D bewegen. Sie könnten auch dazu verwendet werden, die Rennstreckenspeicher zu bauen, auf die unsere zukünftigen Geräte angewiesen sind auf."

"Was besonders aufregend ist an diesem Forschungsgebiet", so Prof. Marrows weiter, "ist, dass wir esoterische Quantenphysik-Konzepte studieren, die überraschend nahe an realen Anwendungen sind."

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