Японские ученые продемонстрировали возможность точного управления направлением магнитной спирали в металлическом гелимагнетике. С помощью одновременного воздействия магнитным полем и электрическим током ученые добились выравнивания структуры на 99% объема материала. Результаты открывают путь к созданию памяти нового поколения с высокой плотностью хранения данных.
В традиционных магнитных носителях информации, например в жестких дисках, биты данных кодируются с помощью ориентации намагниченности отдельных участков. Однако с уменьшением размеров устройств возникают технические ограничения: магнитные поля соседних элементов могут влиять друг на друга, что приводит к ошибкам записи и ограничивает максимальную плотность хранения данных.
В качестве альтернативного подхода рассматривается использование гелимагнитных материалов. В таких веществах атомные магнитные моменты выстраиваются не параллельно, а в виде закрученной спирали — как пружина. У такой спирали есть направление: она может закручиваться влево или вправо. Это направление (его называют хиральностью) можно использовать для записи информации: левая спираль — это «0», правая — «1».
Главная трудность была в том, чтобы научиться управлять этим направлением и точно видеть, что получилось. Раньше ученые пробовали воздействовать на материал одновременно электрическим током и магнитным полем, но результаты проверяли косвенными методами — через электрические измерения. Они могли давать сбой из-за посторонних эффектов, и надежных микроскопических доказательств не было.
Ученые решили эту проблему. Они взяли материал YMn₆Sn₆, который сохраняет спиральную структуру даже при комнатной температуре, и построили специальную установку. Через образец пропускали сильный электрический ток и одновременно держали его в магнитном поле. После этого они облучили его поляризованными нейтронами — это частицы, которые чувствуют магнитные поля внутри материала. Такой метод позволяет буквально «заглянуть» внутрь и увидеть, куда направлены атомные магниты.
Эксперимент показал: выбранный способ работает. Спираль выровнялась в нужном направлении почти во всем объеме — примерно на 99%. Это прямое, визуальное подтверждение, а не косвенная догадка.
По словам ученых, полученные результаты представляют собой прямое физическое свидетельство контролируемого изменения магнитной структуры, свободное от артефактов измерений. Это открытие рассматривается авторами как шаг в сторону развития гелимагнитной спинтроники и может послужить основой для создания новых типов энергоэффективной памяти с высокой плотностью хранения информации.
Читайте также: «Инженеры получили инструмент для создания чипов с первой попытки».