Ученые ДВФУ усовершенствовали магнитные нанопроволоки-медузы для эффективного хранения информации

Ученые Дальневосточного федерального университета (ДВФУ) усовершенствовали магнитные нанопроволоки необычной формы, напоминающей медуз, — крошечные структуры, которые могут использоваться в электронике для хранения и обработки информации. Если раньше каждая проволока состояла из одного металла, то теперь она сделана из двух слоев — кобальта и никеля, что позволяет записывать больше данных на ту же площадь и делает такие устройства значительно дешевле.

Применение разработанного в лаборатории ДВФУ метода помогло ученым получить не простые наноцилиндры, а наноструктуры со сложной трехмерной формой, имеющие широкую верхнюю часть диаметром около 300 нанометров и тонкие вытянутые элементы толщиной примерно 100 нанометров. В новой конструкции одна часть проволоки состоит из кобальта, другая — из никеля. Эти металлы по-разному реагируют на магнитное поле, что позволяет настраивать поведение всей структуры. Так, намагниченность в никеле ориентируется вдоль длинной стороны нанообъекта. В кобальте же поведение намагниченности более сложное: его кристаллическая решетка стремится развернуть намагниченность поперек длинной стороны наноструктуры.

«Такое поведение намагниченности в кобальтовых нанопроволоках является очень интересным с фундаментальной точки зрения, а также позволяет проектировать на основе такого эффекта устройства магнитной памяти», — отметил один из авторов исследования, доцент Департамента общей и экспериментальной физики Института наукоемких технологий и передовых материалов ДВФУ Алексей Самардак.

Эксперименты показали, что магнитное взаимодействие между нанопроволоками с кобальтом слабее, чем между структурами из чистого никеля. Для первого варианта исследователи измерили поле взаимодействия около 700 эрстед, для второго — до 1090 эрстед. Причина — в той самой внутренней структуре кобальта, которая заставляет намагниченность замыкаться в обьеме наноструктуры и ориентироваться перпендикулярно форме, образуя тем самым магнитные вихри, которые практически не создают магнитных полей за границами наноструктур. По словам ученых, такое снижение важно для создания памяти с высокой плотностью элементов — оно позволяет размещать наноструктуры ближе друг к другу, снижая взаимное влияние их магнитных состояний.

Исследователи также впервые измерили электрическое сопротивление отдельной нанопроволоки под действием магнитного поля. Для структур с сегментами кобальта и никеля изменение сопротивления достигало 1 %. При этом ученые наблюдали два последовательных этапа переключения магнитного состояния. Это означает, что, управляя внешним полем, можно последовательно переключать проволоку между несколькими устойчивыми состояниями, что открывает возможность для создания многоуровневой памяти.

Сейчас разработка находится на этапе исследования свойств отдельных наноструктур. Для создания полноценных устройств хранения данных предстоит проверить стабильность состояний, воспроизводимость записи и считывания информации, а также возможность интеграции нанопроволок в функциональные схемы.

В перспективе такие структуры могут применяться в спинтронных устройствах, компактных сенсорах, высокоплотных системах хранения данных и элементах вычислительных архитектур, использующих принципы обработки информации, характерные для нейронных сетей.

Работы проводятся при поддержке Российского научного фонда.

Источник: Официальный ресурс Министерства науки и высшего образования Российской Федерации