Использование магнитно-электронных ключей позволит удвоить емкость твердотельных устройств хранения данных - «Наука и технологии»

Японские ученые разработали устройство, способное к быстрому переключению одновременно своих магнитных и электронных свойств при помощи электрических сигналов. Габариты этого крошечного магнитно-электронного ключа (выключателя) и некоторые его другие характеристики позволят, при условии его практического воплощения, удвоить емкость различных твердотельных устройств хранения информации, таких, как твердотельные жесткие диски (SSD) и USB-накопители.

В устройствах магнитного хранения данные представлены в виде чередующихся областей, имеющих различное направление намагниченности и располагающихся на поверхности магнитной ленты или металлического диска с магнитным покрытием. В электронных устройствах хранения информация содержится в миллионах крошечных электронных логических элементов, ячейках, которые могут находиться в двух состояниях.

Исследователи из университета Хоккайдо, сначала в теории, разработали принцип совмещения принципа магнитного хранения информации и принципа хранения информации в электронном виде. Разработанная ими структура ячейки памяти позволяет этой ячейке быстро переключаться из магнитного в немагнитное и из диэлектрического в проводящее состояние под воздействием управляющих сигналов. И такая двойственная природа ячейки позволит удвоить емкость устройств хранения информации.

Материалы, относящиеся к группе оксидов переходных металлов, обладают некоторыми уникальными свойствами, они способны переключаться от немагнитного и диэлектрического состояния к магнитному состоянию с высокой электрической проводимостью. Это происходит, когда материал под воздействием каких-либо факторов поглощает или избавляется от ионов кислорода.

К сожалению, ни один из традиционных способов контроля количества кислорода в материалах-оксидах абсолютно не подходит для использования где-либо, кроме химических и физических лабораторий. В большинстве этих способов используется высокотемпературный нагрев, что делает эти способы неприемлемыми для устройств, которые должны работать при комнатной температуре. В других же методах используются жидкие щелочные электролиты, которые участвуют в электрохимических реакциях, происходящих при комнатной температуре, однако, устройства с такими активными электролитами должны быть надежно и герметично упакованы, что служит препятствием к их миниатюризации.

Вместо использования любых стандартных способов оксидации-деоксидации, японские исследователи разработали свой собственный. Они использовали тонкую пленку танталата натрия, наложенную на поверхность оксида кобальта-стронция. Воздействие на этот "бутерброд" трехвольтового электрического потенциала переключает материал из изоляционного в токопроводящее металлическое состояние в течение двух-трех секунд. А изменение полярности потенциала на обратную возвращает материал в исходное изоляционное состояние.

Конечно, секунды времени, требующиеся для переключения состояния материала, это очень и очень медленно. Но здесь следует учесть, что все эти эксперименты проводились с весьма большими частями материала. Когда размеры активных элементов будут сокращены до того уровня, когда их можно будет "паковать" в чип памяти, то и время их срабатывания значительно сократится пропорционально сокращению размеров.

Исследователи полагают, что на основе разработанного ими материала могут быть созданы новые электромагнитные устройства-ключи, которые могут стать основой ячеек новых типов энергонезависимой памяти. Помимо этого, точно такой же принцип может быть использован и для создания новых электрооптических и электротермических устройств для научного и массового применения.