• Добавить в закладки
  • Facebook
  • Twitter
  • Telegram
  • VK
  • Печать
  • Email
  • Скопировать ссылку
21 мая, 12:45
ФизТех
67

Тепловые процессы научили переключать наномагниты для компьютеров будущего

❋ 4.5

Российские ученые исследовали динамическое перемагничивание в синтетическом ферримагнетике GdFeCo/Ir/GdFeCo, происходящее за счет тепловых флуктуаций. Результаты этой работы важны для разработок в области оптомагнитной записи информации.

Тепловые процессы и перемагничивание материалов: шаг к нейроморфным технологиям / © Пресс-служба МФТИ

Исследование опубликовано в Journal of Physics D: Applied Physics. Ферримагнетики — материалы, у которых магнитные моменты атомов различных подрешёток ориентируются антипараллельно. Они обладают способностью спонтанно намагничиваться.

Перемагничивание — это процесс изменения направления намагниченности материала. Проще говоря, это как если бы постоянный магнит мог менять местами северный и южный полюса. При перемагничивании магнитные моменты материала меняют ориентацию под воздействием внешнего магнитного поля.

Ферримагнетик GdFeCo/Ir/GdFeCo состоит из двух слоев GdFeCo (сплав гадолиния, железа и кобальта), разделенных тонким слоем иридия (Ir). Этот слой играет роль инструмента в формировании обменного взаимодействия между двумя слоями GdFeCo, подбор оптимальной толщины Ir задает несколько типов устойчивых состояний. Таким образом, ферримагнетик обладает четырьмя типами устойчивых состояний с определенным типом намагниченности (P+, AP+, AP− и P−), где P+ и P−, когда слои GdFeCo параллельны друг другу, а AP+ и AP− — антипараллельны. Эта структура может как стохастически, т. е. случайно, перемагничиваться при переходе из AP+ в AP−, так и стабильно переходить из состояния P+ в AP+ без временной задержки.

​​«Перемагничивание можно объяснить бинарной логикой: 0 — спины вверх, а 1 — спины вниз. Переключение между 0 и 1 состояниями и есть перемагничивание структуры. В нашем случае появляются промежуточные состояния, которые можно расценивать как еще два значения для логики», — пояснил Максим Бахметьев, научный сотрудник МФТИ.

Физики изучали, как тепловые магнитные флуктуации — случайные изменения магнитных свойств материала, вызванные тепловой энергией — влияют на его перемагничивание. Это необходимо в разработках по уменьшению спинтронных устройств (магнитные считывающие головки и оперативные запоминающие устройства). Для них тепловое влияние становится значительным, поскольку оно увеличивается с уменьшением размера устройства.

Ученые использовали тепловые флуктуации как ​​«кнопку запуска» перемагничивания в ферримагнетике. С помощью тепловых флуктуаций система может как просто переключаться между двумя состояниями, так и переходить в одно из нескольких возможных устойчивых магнитных состояний.

В эксперименте физики воздействовали на структуру внешним магнитным полем, величина которого отличалась от критического магнитного поля (при котором происходит гарантированное и мгновенное изменение намагниченности). Исследователи изучали, как случайные тепловые колебания со временем могут «подтолкнуть» систему к выбору одного из стабильных магнитных состояний.

Они обнаружили, что изменение намагниченности происходит с временной задержкой и непредсказуемо. При магнитных полях, немного ниже критического, перед перемагничиванием система демонстрировала задержку, величина которой менялась от секунд до минут случайным образом. Ученые объясняют это временем ожидания тепловых флуктуаций, способных сформировать область нового устойчивого состояния, которое затем быстро распространяется по всей пленке. Минимальный размер области с другой намагниченностью равен 6,8 нм³. Чем ближе значение внешнего поля к критическому, тем меньше требуется времени для ее формирования. Как только она образовалась, переключение всей структуры происходит практически мгновенно.

Ученые оценили энергию, необходимую для создания такой области, в 1 эВ при магнитном поле 700 Э. Эта величина зависит от магнитных свойств материала (магнитной анизотропии) и вклада внешнего магнитного поля, которое может усиливать или ослаблять перемагничивание.

Своим исследованием ученые доказали, что при определенных условиях тепловые флуктуации имеют решающую роль в перемагничивании синтетических ферримагнетиков. Это влияние проявляется в виде случайной задержки переключения. В глобальном масштабе такие вероятностные процессы применимы в нейроморфных приложениях, например имитация передачи сигнала в синапсе головного мозга.

​​«Сейчас в компьютерной памяти используются в основном один ферромагнитный слой достаточно простой, например NiFe или CoFe, GdFeCo. Использование двухслойных пленок GdFeCo способно расширить магнитную память в два раза путем замены таких материалов на GdFeCo/Ir/GdFeCo, так как они обладают не двумя магнитными состояниями, а четырьмя», — рассказал Роман Моргунов, старший научный сотрудник РКЦ.

​​«В дальнейшем мы хотим исследовать поведение данных пленок при понижении температуры и регистрации процесса стохастического перемагничивания уже в условиях низких температур. Другой путь — это манипуляции электрическим током, то же самое только переключение происходит не полем, а током», — поделился Александр Чернов, научный руководитель РКЦ.

В работе участвовали ученые из Центра фотоники и двумерных материалов МФТИ, ФИЦ проблем химической физики и медицинской химии РАН, Российского квантового центра и Первого московского государственного медицинского университета имени И. М. Сеченова.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Московский физико-технический институт (национальный исследовательский университет), известен также как Физтех — ведущий российский вуз по подготовке специалистов в области теоретической, экспериментальной и прикладной физики, математики, информатики, химии, биологии и смежных дисциплин. Расположен в городе Долгопрудном Московской области, отдельные корпуса и факультеты находятся в Жуковском и в Москве.
Подписывайтесь на нас в Telegram, Яндекс.Новостях и VK
Предстоящие мероприятия
18 июля, 12:44
ПНИПУ

Борщевик занимает почти 300 тысяч гектаров в 39 регионах России. Известно о 12 нижегородцах, восьми петербуржцах и двух москвичах, пострадавших от вредителя этим летом. У некоторых ожоги составляют от 30 до 80% тела. На этой неделе Госдума приняла закон и обязала землевладельцев бороться с этим опасным растением. Но, помимо борщевика, есть и другие часто встречающиеся и почти настолько же токсичные представители флоры, о которых мы почти ничего не знаем. Ученые Пермского Политеха рассказали, можно ли прикасаться к борщевику ночью, как безобидный ландыш может привести к летальному исходу, а чистотел к отказу почек, и что будет если съесть мед, собранный с ядовитых растений.

17 июля, 12:33
ПНИПУ

На этой неделе курс биткоина установил исторический максимум — 123 тысячи долларов. Суммарный объем мирового объема денег, хранящихся в криптовалюте, равен 3,740 триллионам долларов. Люди покупают на нее автомобили, украшения, электронику, а могут и просто сходить за хлебом в магазин у дома. Все это возможно благодаря майнингу — процессу, который помогает переводить виртуальные деньги, обеспечивая их безопасность. Ученый Пермского Политеха Даниил Курушин объяснил, как работает майнинговая ферма и можно ли установить ее у себя дома, чем легальный майнинг отличается от теневого, почему от этого часто случаются пожары, как крипта влияет на курс реальных валют, в каких регионах России майнинг строго запрещен и как защититься от майнеров-мошенников, которых становится все больше.

17 июля, 07:55
Юлия Тарасова

В свежем систематическом обзоре ученые обобщили данные об эффективности разных видов упражнений, выполнение которых может повысить качество сна и облегчить бессонницу. Среди рассмотренных комплексов — йога, тайцзи, ходьба или бег трусцой, сочетание аэробных и силовых упражнений, а также силовые и аэробные тренировки по отдельности.

12 июля, 22:10
Редакция Naked Science

Лето 2025 обещает насыщенную линейку научно-фантастических сериалов на ведущих стриминговых платформах. От адаптаций культовых романов до масштабных космических одиссей — мы отобрали проекты, на которые стоит обратить внимание.

18 июля, 12:44
ПНИПУ

Борщевик занимает почти 300 тысяч гектаров в 39 регионах России. Известно о 12 нижегородцах, восьми петербуржцах и двух москвичах, пострадавших от вредителя этим летом. У некоторых ожоги составляют от 30 до 80% тела. На этой неделе Госдума приняла закон и обязала землевладельцев бороться с этим опасным растением. Но, помимо борщевика, есть и другие часто встречающиеся и почти настолько же токсичные представители флоры, о которых мы почти ничего не знаем. Ученые Пермского Политеха рассказали, можно ли прикасаться к борщевику ночью, как безобидный ландыш может привести к летальному исходу, а чистотел к отказу почек, и что будет если съесть мед, собранный с ядовитых растений.

15 июля, 12:45
ПНИПУ

В условиях отсутствия связи (шахты, горы, тайга) критически важна надежная передача данных. Ученые Пермского Политеха разработали цифровую радиостанцию, устойчивую к помехам и физическим препятствиям, включая бетонные стены. Устройство передает данные в двух сетях MANET одновременно, обеспечивая скорость до 300 кбит/с (низкоскоростной канал) и 54 Мбит/с (высокоскоростной). Рация работает как ретранслятор и узел сети, что делает ее незаменимой для спасателей, промышленности и туристов. Ключевые преимущества разработки: помехоустойчивость, дальность связи до 30 километров и работа при -25°C до +55 градусов Цельсия.

25 июня, 15:19
ФизТех

Группа российских ученых из Института прикладной математики имени М. В. Келдыша РАН и МФТИ провела детальное численное исследование источников шума, генерируемых крылом прототипа сверхзвукового бизнес-джета в режиме посадки. Эта работа, сочетающая передовые методы вычислительной гидродинамики и аэроакустики, впервые позволила с высокой точностью локализовать и охарактеризовать основные зоны шумообразования вблизи полноразмерной геометрии крыла модели прототипа сверхзвукового пассажирского самолета в посадочной конфигурации.

2 июля, 11:17
Юлия Тарасова

Результаты эксперимента в США в будущем могут позволить добиться разрешения на использование отработанной конопли в качестве кормовой добавки в животноводстве.

12 июля, 22:10
Редакция Naked Science

Лето 2025 обещает насыщенную линейку научно-фантастических сериалов на ведущих стриминговых платформах. От адаптаций культовых романов до масштабных космических одиссей — мы отобрали проекты, на которые стоит обратить внимание.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий
Подтвердить?
Подтвердить?
Причина отклонения
Подтвердить?
Не получилось опубликовать!

Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.

Понятно
Жалоба отправлена

Мы обязательно проверим комментарий и
при необходимости примем меры.

Спасибо
Аккаунт заблокирован!

Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.

Понятно
Что-то пошло не так!

Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.

Понятно
Лучшие материалы
Закрыть
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.
Ваша заявка получена

Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно