В эпоху экспоненциального роста цифровых данных вскоре только на хранение информации может уходить до 30 % глобального энергопотребления, что ставит во главу угла разработку энергоэффективных технологий хранения. Для этого учёные из Технологического университета Чалмерса (Chalmers University of Technology) в Швеции совершили прорыв в материаловедении, создав атомарно тонкий магнитный материал, сочетающий буквально несочетаемое в природе.
Источник изображения: Chalmers University of Technology
Вокруг нас магнетизм (ферромагнетизм) и «антимагнетизм» (антиферромагнетизм) всегда встречаются в разных материалах: первые явно проявляют намагниченность, что выражается в упорядочивании спинов электронов, а вторые её не проявляют, поскольку спины в них разнонаправленные и компенсируют друг друга. Объединив такие материалы, например, в виде многослойной структуры, можно создать ячейку магнитной памяти, управляемую внешним магнитным полем или током. Наведение поля и его снятие сопровождается искомым эффектом памяти. На спины электронов можно воздействовать напрямую, что заметно снижает энергопотребление магнитной памяти по сравнению с обычной, работающей на токе и заряде, как DRAM.
Учёные из Швеции поставили перед собой задачу создать магнитную память из однослойного условно двумерного материала, что открыло бы путь к более простой архитектуре и относительно простому производству. Оставалось совместить несовместимое — два разных магнитных свойства в одной кристаллической решётке. У природы такого фокуса не вышло, но у исследователей всё получилось.
Используя сплав кобальта, железа, германия и теллура, а также задействовав силы Ван-дер-Ваальса, учёные собрали материал из молекул ферромагнетика и антиферромагнетика. Силы Ван-дер-Ваальса выступили своеобразным «цементом», скрепив кристаллическую решётку из разнородных материалов. В результате получился гибрид с «искривлённым» магнитным полем: упорядоченные и антиупорядоченные спины электронов в материале сплелись в единое магнитное поле, отклонившееся от условно перпендикулярной ориентации.
Тем самым для переключения магнитного состояния ячейки памяти из такого вещества требуется значительно более слабое внешнее магнитное поле, что сулит серьёзную экономию энергии. По словам учёных, потребление можно снизить в десять раз. В масштабах глобального дата-центра это обеспечит колоссальную экономию электричества.
