Физика

Для обработки информации предложили использовать скирмионы

Xiaoxing Cheng/Pennsylvania State University

Ученые из Дальневосточного федерального и Саратовского государственого университетов вместе с зарубежными коллегами предложили новый способ создания структур из скирмионов — магнитных квазичастиц. С их помощью можно кодировать, передавать, обрабатывать информацию и создавать топологические изображения. Работа открывает путь к миниатюрной посткремниевой электронике и новым методам криптографии. Статья опубликована в журнале ACS Nano.

Скирмионы — это магнитные квазичастицы, которые при определенных условиях зарождаются в тонкопленочных магнитных материалах с толщиной слоев от одного до нескольких нанометров. Воздействуя на тонкопленочную магнитную структуру локальным магнитным полем зонда магнито-силового микроскопа, ученые сформировали плотноупакованные стабильные массивы скирмионов. Таким образом им удалось получить наноразмерные топологические изображения, в которых каждый отдельный скирмион играет роль пикселя, как в цифровой фотографии. Скирмионы-пиксели не видны в оптическом диапазоне, и для их дешифровки также нужен магнито-силовой микроскоп.

«Скирмион может играть роль носителя бита информации: в зависимости от направления поляризации (вверх либо вниз) возможны два состояния — 0 или 1 соответственно. На основе скирмионов можно создать магнитную память, в которой нет механических частей, как в жестких магнитных дисках, а двигаются сами биты информации. Более того, упорядоченные двумерные массивы скирмионов могут играть роль искусственных магнонных кристаллов, по которым распространяются спиновые волны, а не электрический ток, передающие информацию от источника к приемнику без нагрева рабочих элементов», — рассказал первый автор исследования Алексей Огнев.

Управляя размером шага сканирования зондом микроскопа, ученые смогли контролировать размер и плотность упаковки скирмионов. Это расширяет возможности будущих практических применений. Например, если размер скирмионов будет менее 100 нм, их можно будет использовать в качестве базы для резервуарных вычислений и магнонных кристаллов — основы процессоров и коммуникационных СВЧ-устройств суб-ТГц- и ТГц-диапазона, которые будут намного более энергоэффективными по сравнению с существующей электроникой. Технология открывает путь к будущим «зеленым» и высокопроизводительным центрам обработки данных.

Кроме того, скирмионы можно использовать для создания нейроморфных чипов в качестве элементов, имитирующих потенциал действия нейронов. Массивы чипов, в которых каждый крошечный элемент-нейрон сможет связываться с другим элементом посредством движущихся и взаимодействующих скирмионов, будут обладать энергоэффективностью и высокой вычислительной мощностью. Еще одно применение — визуальная криптография, в которой сообщение шифруется топологическим изображением из набора упорядоченных скирмионов. В настоящее время на квадратном миллиметре магнитной пленки можно записать примерно 25 Мб информации. При уменьшении размера скирмионов до 10 нм можно будет получить емкость 2,5 Гб/мм2.

Понравился материал? Добавьте Indicator.Ru в «Мои источники» Яндекс.Новостей и читайте нас чаще.

Пресс-релизы о научных исследованиях, информацию о последних вышедших научных статьях и анонсы конференций, а также данные о выигранных грантах и премиях присылайте на адрес science@indicator.ru.