Когда исследователи из Техасского университета в Остине заставили атомарно тонкий слой трисульфида никеля и фосфора перейти в особую магнитную фазу, называемую фазой BKT, магнитная ориентация отдельных атомов образовала вихревые структуры, называемые завихрениями. Иллюстрация предоставлена студией Ella Maru Studios.
Физики из The University of Texas at Austin фактически «оживили» теоретическую модель Березинского — Костерлица — Таулеса (БКТ), используя трисульфид никеля-фосфора.
Что в этом "крутого"?
Шесть состояний: В отличие от стандартных систем, где спины могут смотреть только «вверх» или «вниз», здесь они ориентируются в шести направлениях, что делает структуру намного сложнее и стабильнее.
Магнитные вихри: Обнаружение пар «вихрь-антивихрь» подтверждает, что даже в 2D-мире может существовать порядок, который не разрушается тепловыми колебаниями (до определенной температуры).
Будущее: Если команде удастся стабилизировать эти вихри при комнатной температуре, это откроет путь к созданию памяти сверхвысокой плотности, где один бит информации будет храниться в наноразмерном магнитном узле.
Суть открытия
Физикам удалось создать в плоском (2D) листе материала структуру, где магнитные стрелки атомов заблокированы в шести положениях. Это создает «вихри», которые очень трудно разрушить.
Если мы научимся управлять этими вихрями не при сверхнизкой
, а при комнатной температуре, ваш смартфон сможет хранить в 1000 раз больше данных на той же площади чипа.
Почему информации становится больше?
Количество информации растёт не за счёт того, что мы добавили новые измерения (их по-прежнему два — длина и ширина), а за счёт того, что у каждой «ячейки» на этой плоскости стало больше вариантов состояния.
Обычный компьютер (бинарный): У ячейки 2 варианта (0 или 1). Это как монета: либо орёл, либо решка.
Часовая модель (6 состояний): У ячейки 6 вариантов. Это как если бы вы использовали шестигранный кубик вместо монеты. На той же самой «площади» (на одной клетке шахматной доски) вы записываете не 0 или 1, а цифру от 1 до 6.
Итог
Пространство — двумерное (плоский слой атомов).
Модель — шестисостояная (количество направлений магнитной стрелки).
Результат — больше данных, потому что мы «уплотнили» саму запись внутри каждой точки на плоскости.
Это похоже на то, как если бы на листке бумаги (2D) вы начали писать не просто крестики и нолики, а использовали 6 разных букв. Лист остался плоским, но текста на нём уместилось больше.
Цифра «в 1000 раз» звучит как фантастика, но в микроэлектронике это вполне достижимый (и даже необходимый) горизонт. Давайте разберем, за счет чего происходит такой колоссальный скачок.
Дело не только в переходе с 2 состояний на 6. Основной выигрыш в плотности дают три фактора:
1. Переход от «ансамблей» к одиночным вихрям
В современных жестких дисках один бит информации (0 или 1) записывается не одним атомом, а группой из сотен магнитных зерен. Это нужно для стабильности, чтобы случайное тепло не перевернуло магнитный момент.
*В часовой модели: Магнитный вихрь (скирмион или его аналог в
) топологически защищен. Он «завязан в узел», который не развяжется сам по себе. Это позволяет сжать размер одного носителя информации до нескольких нанометров (группа из считанных атомов).
2. Плотность упаковки на атомарном слое (2D)
Современные чипы памяти — это сложные 3D-структуры из кремния, которые имеют определенную толщину и выделяют много тепла.
*Использование атомарно тонких слоев (2D-материалов) позволяет укладывать слои памяти друг на друга с невероятной плотностью, практически не увеличивая габариты устройства.
3. Информационная емкость ячейки
Как мы уже обсудили, использование 6 состояний вместо 2 увеличивает количество информации в каждой ячейке.
В чем подвох?
Температура:
Пока это работает только при экстремальном холоде. Чтобы внедрить это в ваш смартфон, нужно найти материал, который держит эти «вихри» при
обычных температурех.
.
Чтение/Запись:
Ученым легко наблюдать эти эффекты в гигантский микроскоп, но создать миниатюрную «головку», которая будет быстро переключать эти 6 состояний в миллионах ячеек — это сложнейшая инженерная задача.
Так что «в 1000 раз» — это физический предел емкости самого материала, к которому инженерам еще предстоит проложить дорогу.
Пресс-релиз
Опубликованные исследование
Комментариев нет:
Отправить комментарий