Нанопроволока вместо жесткого диска: ученые создали новый носитель информации

Международная группа ученых во главе с Кавендишской лабораторией Кембриджского университета использовала передовую технику 3D-печати для создания двойных магнитных спиралей, служащих носителями информации. Исследователи обнаружили, что они создают топологические текстуры нанометрового масштаба в магнитном поле. Ранее такое явление никем не было зафиксировано, и первооткрыватели полагают, что скрученная нанопроволока может стать "родоначальницей" магнитных устройств следующего поколения. Результаты исследования были опубликованы в журнале Nature Nanotechnology.

Магниты широко используются в устройствах хранения данных и в вычислительных системах. Минус последних в том, что точки намагниченности в них являются структурами двухмерными. А вот нанопроволочная архитектура является трехмерной, благодаря чему можно более высокой плотности записи, а также изменять магнитные свойства устройства и существенно расширить его функциональные возможности.

"Мы работаем над технологией так называемой беговой (трековой) памяти. Идея состоит в том, чтобы хранить цифровые данные в магнитных доменных стенках нанопроволок для создания устройств хранения информации с высокой надежностью, производительностью и емкостью", — комментирует Клэр Доннелли, соавтор исследования из Института Макса Планка.

По ее словам, до сих пор эту идею было очень трудно реализовать, потому что у ученых не было возможности создавать трехмерные магнитные системы. Поэтому в течение последних нескольких лет исследования Международной группы были сосредоточены на разработке новых методов визуализации трехмерных магнитных структур и технологии 3D-печати магнитных материалов.

Используя передовые методы рентгеновской визуализации (мягкую рентгеновскую ламинографию), исследователи обнаружили, что трехмерная структура, вроде структуры ДНК, приводит к формированию абсолютной иной текстуры намагниченности, по сравнению с текстурой 2D-структур. "Стенки магнитных доменов (областей, где намагничивание сосредоточено в одном направлении) соседних спиралей находятся очень близко друг к другу, также они деформированы, потому как нанопроволоки переплетены. Под действием магнитного поля эти стенки еще больше притягиваются друг к другу, вращаются, а затем "фиксируются" и образуют прочные регулярные связи, подобные парам оснований в ДНК", — поясняют ученые.

Магнитные спирали дают исследователям возможность моделировать магнитное поле в наномасштабе и, в последствии, контролировать силу поля.

"Результат впечатляет — текстуры в двойной спирали, напоминающей ДНК, образуют прочные связи, в результате чего их форма деформируется. Но что более захватывающе, так это то, что вокруг этих связей в магнитном поле образуются "завитки" — то есть топологические текстуры", — делится пояснил ведущий автор исследования Амалио Фернандес-Пачеко.

"Перспективы этой работы многообещающие: эти прочно связанные текстуры в магнитных спиралях обеспечивают высокую плотность записи и могут стать потенциальными носителями информации", — сказал Фернандес-Пачеко. "А при помощи моделирования магнитного поля в наномасштабе можно будет улавливать частицы, разрабатывать новые методы визуализации и "интеллектуальные" материалы".

В привычных жестких дисках магнитные домены на пластинах рассматриваются как двухмерные структуры — островки намагниченности. Международная группа ученых представила работу по изучению магнитных свойств трехмерных объектов. Переход от условно плоских магнитных полей для записи данных к объемным полям открывает путь для значительного увеличения плотности записи. Нас может удивить то, что придет на смену жестким дискам.

Плотность расположения магнитных доменов на пластинах HDD приближается к своему пределу. Соседние островки намагниченности начинают влиять друг на друга и разрушают намагниченность (читай — записанные данные). Чтобы этому противостоять в ход идут передовые технологии HAMR и MAMR (локальный нагрев и микроволновое воздействие), которые помогают преодолеть коэрцитивную силу и записать данные без потери намагниченности. Но всему есть предел, поэтому параллельно ведутся поиски альтернатив, одна из которых нацелена на разработку так называемой трековой или беговой памяти.