Магнитные ежики могут хранить большие данные в небольшом пространстве

Новое исследование обнаруживает зоопарк магнитных узоров в атомном масштабе.

Новое исследование предполагает, что магнитные узоры атомного масштаба, напоминающие шипы ежа, могут привести к созданию жестких дисков с гораздо большей емкостью, чем современные устройства.

Это открытие может помочь центрам обработки данных справиться с экспоненциально растущим спросом на видео и облачные хранилища данных.

В исследовании, опубликованном в журнале Science, исследователи из Университета штата Огайо использовали магнитный микроскоп для визуализации узоров, сформированных в тонких пленках из необычного магнитного материала, германида марганца.

В отличие от знакомых магнитов, таких как железо, магнетизм в этом материале движется по спирали, подобной структуре ДНК.

Это приводит к новому зоопарку магнитных узоров с такими именами, как ежи, анти-ежи, скирмионы и мероны, которые могут быть намного меньше, чем сегодняшние магнитные биты.

«Эти новые магнитные узоры могут быть использованы для хранения данных следующего поколения», – сказал Джей Гупта, старший автор исследования и профессор физики в штате Огайо.

«Плотность хранения на жестких дисках приближается к своему пределу, связанному с тем, насколько маленькими вы можете сделать магнитные биты, которые позволяют использовать это хранилище.

И это побудило нас искать новые материалы, из которых мы могли бы сделать магнитные биты намного меньше ».

Чтобы визуализировать магнитные узоры, Гупта и его команда использовали в своей лаборатории сканирующий туннельный микроскоп, модифицированный специальными наконечниками. Этот микроскоп обеспечивает изображения магнитных узоров с атомным разрешением.

Их изображения показали, что в некоторых частях образца магнетизм на поверхности был закручен в узор, напоминающий шипы ежа.

Однако в этом случае «тело» ежа имеет ширину всего 10 нанометров, что намного меньше, чем сегодняшние магнитные биты (около 50 нанометров), и его практически невозможно визуализировать.

Для сравнения: один человеческий волос имеет толщину около 80 000 нанометров.

Исследовательская группа также обнаружила, что рисунки ежей можно смещать на поверхности с помощью электрического тока или инвертировать с помощью магнитных полей. Это предвещает чтение и запись магнитных данных с потенциально меньшим потреблением энергии, чем это возможно в настоящее время.

«Эти магнитные узоры обладают огромным потенциалом, позволяющим повысить энергоэффективность хранения данных», – сказал Гупта, хотя и предупреждает, что необходимо провести дополнительные исследования, прежде чем материал можно будет использовать в хранилище данных.

«Нам еще предстоит сделать огромный объем фундаментальной науки, чтобы понять эти магнитные паттерны и улучшить то, как мы ими управляем. Но это очень увлекательный шаг ».

Автор Лаура Ареншилд.