Исследователи МФТИ вместе с французскими коллегами обнаружили материал, намагниченность которого можно надежно зафиксировать на нескольких промежуточных значениях. Это поможет в создании энергонезависимой памяти для жестких дисков со сверхвысокой плотностью хранения информации.
Жесткие диски на основе магнитной памяти все еще распространены благодаря своей дешевизне и надежности. В их основе лежит кодирование битов (нулей или единиц) с помощью правильного намагничивания доменов — небольших участков на рабочей поверхности жесткого диска.
Намагниченность — это продукт ориентации огромного числа атомных спинов. Ноль и единица в домене достигаются тогда, когда все спины ориентированы либо вверх, либо вниз. При этом допустимы и промежуточные варианты, когда в нужном направлении «смотрит» лишь часть спинов. Такой подход позволил бы кодировать в одном домене более одного бита, что весомо повысило бы информационную емкость жестких дисков.
Чтобы реализовать эту идею на практике, нужны материалы, в которых промежуточные состояния намагниченности устойчивы, иначе память лишится надежности. Ученые из Центра перспективных методов мезофизики и нанотехнологий МФТИ и их коллеги из нескольких французских институтов обратили внимание на соединение BaFe2(PO4)2, которое они назвали просто BFPO. Этот материал демонстрирует сильную стабильность доменных стенок после заморозки ниже 15 кельвинов. При такой температуре происходит фазовый переход от мягкого магнита к супертвердому. В последнем случае домены стабилизируются настолько сильно, что для их перемагничивания требуется очень большое магнитное поле — более 14 тесла. Это происходит из-за того, что материал BFPO можно представить в виде слоев, в пределах которых спины атомов демонстрируют коллективные упорядочивания. Такая структура дарит материалу сильную магнитную анизотропию, то есть различный отклик в зависимости от направления приложенного магнитного поля.
У BFPO есть своя особенность: она заключается в очень узких доменных стенках. Чтобы убедиться в этом, физики исследовали образцы с помощью магнито-силовой микроскопии при различных температурах и магнитных полях. Доменная структура при этом представляет собой совокупность полос, образующих лабиринт.
«Мы в нашем центре обладаем целым рядом уникальных методик, одна из которых — криогенная магнитно-силовая микроскопия. Эта методика позволила однозначно охарактеризовать новый материал. Мы впервые продемонстрировали его доменную структуру и ее динамику при воздействии внешнего магнитного поля и температуры. Нужно отметить, что во Франции такого исследования провести не удалось. Но и нам пришлось серьезно потрудиться: исследованные кристаллы имеют микроскопические размеры, и для изучения приходилось их помещать на специально подготовленную подложку микроманипулятором. Также они являются изоляторами, что приводит к скоплению электрического заряда на их поверхности и дополнительному, для нас вредному, взаимодействию с кантилевером. Очевидно, что материал богат различными физическими свойствами. Необходимо подумать о возможном применении в микроэлектронике», — отметил Василий Столяров, директор Центра перспективных методов мезофизики и нанотехнологий МФТИ.
Ученые предложили возможное использование материала в сверхпроводящей цифровой и квантовой электронике, где стоит острая проблема криогенной энергонезависимой памяти.
Исследование опубликовано в журнале Small Methods.
