Методом микромагнитного моделирования учёные определили магнитные параметры и режимы работы, на основе которых можно организовать модуль энергонезависимой беговой памяти, работающий на спиновом токе. Функцию носителя информации в новом типе памяти будет выполнять скирмиониум, что позволит увеличить ёмкость хранилищ данных, продлить срок хранения информации и повысить скорость её считывания. Статья об этом опубликована в журнале Scientific Reports.

Молодые ученые из лаборатории пленочных технологий Школы естественных наук Дальневосточного федерального университета (ДВФУ) и Южноуральского государственного университета (ЮУрГУ) исследовали устойчивое состояние скирмиониума в магнитном материале и предложили использовать его для организации нового типа беговой памяти (racetrack memory). Ранее предлагалось производить устройства беговой памяти на магнитной конфигурации скирмиона – топологически устойчивого вихреподобного участка намагниченности. Скирмиониум оказался более перспективным для хранения информации.

Устройства, в которых будет применен принцип беговой памяти, смогут хранить намного больше информации по сравнению с современными флеш-накопителями и жесткими дисками. Значительно возрастет скорость чтения/записи и время хранения данных.

«Мы провели комплексное исследование процессов зарождения, движения и аннигиляции скирмиониума под действием спинового тока. Полученные результаты позволяют организовать процессы записи, хранения и чтения информации в магнитной памяти. Варьируя магнитные параметры системы и плотность тока, можно получить разную плотность и скорость чтения/записи информации. Топологические особенности скирмиониума позволяют существенно повысить плотность записи информации. Мы исследовали стабильность скирмиониума под воздействием тока, чтобы определить технологические условия и режимы работы нашей памяти. В скирмиониуме удалось снять ограничения, свойственные скирмиону. В частности, нам удалось нивелировать силу Магнуса, действие которой приводило к потере данных», – пояснил один из авторов работы, научный сотрудник лаборатории пленочных технологий ДВФУ Александр Колесников.

Ученый рассказал о новом способе зарождения скирмиониума на основе принципа наноструктурирования. Это позволяет избежать трудоемкого процесса установки в магнитный модуль дополнительных наноконтактов. Таки образом, уникальная технология производства устройств беговой памяти, предложенная учеными ДВФУ и ЮУрГУ, проще и дешевле по сравнению с технологиями других исследователей.

Беговая память (англ. racetrack memory, domain-wall memory (DWM)) – это тип энергонезависимой памяти, принцип работы которой основан не на работе записывающей магнитной головки диска, а на перемещении магнитных доменов – устойчивых магнитных состояний в нанотреках – с помощью спиновых токов. Намагниченность в домене может переключаться между двумя стояниями – например, вверх и вниз. На этом принципе и основана запись информации в магнитной памяти, что позволяет записывать двоичный код путем чередования последовательности «0» и «1».

Модули беговой памяти ученые предлагают изготавливать по принципу сэндвича: тяжелый металл (платина, рутений, тантал и т.д.) покрывается тонким слоем ферромагнетика толщиной около одного нанометра, который сверху закрывается ещё одним слоем тяжёлого металла, чтобы избежать окисления ферромагнетика.

Память на скирмиониуме не требует внешних источников энергии. Диск на беговой памяти сохранит данные, даже если компьютер долго не будет подключен к источнику питания. При этом отсутствует ограничение по числу циклов записи. Это выгодно отличает технологию магнитной беговой памяти от технологии SSD-дисков, которые имеют конечное количество циклов перезаписи.