В рамках проекта «5-100», участниками которого является 21 университет (это проект с господдержкой для повышения конкурентоспособности российских образовательных центров), учёные из Дальневосточного федерального университета (ДВФУ) сообщили о моделировании ячейки магнитной компьютерной памяти нового типа. Предложенная ячейка магнитной памяти работает на спиновом токе и отличается от всех коммерческих видов современной памяти.
Спиновый ток от обычного тока на заряжённых частицах (электронах) отличается тем, что перенос намагниченности происходит без переноса заряда. По сходному принципу работает память MRAM с эффектом переноса спина (STT-MRAM). Но в случае MRAM меняется намагниченность всего рабочего слоя ячейки, который довольно большой, отчего нельзя радикально повысить плотность записи MRAM. Физики ДВФУ в качестве элемента для хранения данных (для удержания намагниченности) воссоздали самостоятельный элемент скирмион. Мы уже рассказывали о таком физическом явлении как скирмион. Это магнитная вихревая структура наноразмерного уровня, направление магнитной оси индивидуальных атомов в которой меняется по мере удаления от центра вплоть до полной противоположности.
Более того, российские физики представили улучшенный скирмион — скирмиониум. В обоих случаях — это топологически устойчивые вихревые участки намагниченности, которые возможно с небольшими энергетическими затратами возбудить в ферромагнетике с помощью спинового тока. При этом вихревые образования стабильны, не размагничиваются и не требуют энергии для сохранения данных. Скирмиониум от скирмиона отличается более устойчивой структурой, например, на него практически не действует сила Магнуса, что предотвращает спонтанное размагничивание.
Физики из ДВФУ смоделировали скирмион радиусом 2 нм и скирмиониум радиусом 15 нм. В первом случае можно говорить о плотности записи 50 Тбит/дюйм2, во втором — 1 Тбит/дюйм2. В последнем случае это — примерная плотность записи на современных магнитных пластинах с перпендикулярной записью с использованием «черепичной» технологии SMR, что не очень интересно для промышленного исользования, так что учёным есть над чем поработать.
Что касается скорости записи, то на моделях она достигает 700 пикосекунд или, в пересчёте на более понятные цифры, 170 Мбайт/с для восьмибитовой «скирмионовой» ячейки. Чем больше ячеек, тем скорость записи будет выше, но пока говорить о практической стороне вопроса сильно преждевременно.
Новая память, кстати, получила название беговой. Подобную память под кодовым именем racetrack memory с 2008 года разрабатывает компания IBM. Идея в том, чтобы данные перемещались по носителю под воздействием синхроимпульсов без использования какой-либо механики. Скирмионы как раз позволяют реализовать подобную схему работы. Подробно о проделанной работе физики из ДВФУ рассказали в публикации на сайте Scientific Reports.
