Новости

17 ноября, 2020 23:57

Найденный «переключатель» для мультиферроика может помочь при создании устройств магнитной памяти нового поколения

Ученые показали, что воздействие фемтосекундным лазерным импульсом позволяет изменять направление намагниченности синтетического мультиферроика. Этот эффект может оказаться полезен при создании устройств магнитной памяти нового поколения. Статья опубликована в журнале Physical Review Applied. Исследование поддержано грантом Российского научного фонда.
Источник: Евгений Павленко / Коммерсантъ

Намагниченность материала можно представить как множество связанных между собой одинаково направленных микроскопических стрелок магнитных компасов. Ее направление относительно легко переключается с помощью различных внешних воздействий. Благодаря этому магнитные материалы нашли множество различных применений. Например, в привычных нам жестких дисках (HDD) информация записывается через переключение намагниченности в наноразмерных областях материала. Внешним воздействием служит импульс магнитного поля, создаваемый миниатюрной катушкой с током. При этом происходит разогревание устройства, и на его охлаждение приходится тратить энергию. Повышение энергоэффективности — одна из фундаментальных проблем записи информации. Помимо этого, необходимо увеличение емкости накопителя и повышение надежности хранения. Решить эту трилемму в рамках магнитного способа записи почти невозможно. Поэтому ученые и инженеры ищут ему альтернативу.

Перспективными материалами для новых элементов магнитной записи информации являются синтетические мультиферроики. Они представляют собой связанные друг с другом слои двух видов. Один из них — магнитный слой. Второй — сегнетоэлектрик, в котором упорядоченные электрические заряды создают электрическую поляризацию. Такой мультиферроик обладает одновременно намагниченностью и электрической поляризацией. Слои связаны между собой явлением магнитоупругости: направление намагниченности можно изменить при помощи механического воздействия. В синтетическом мультиферроике электрическая поляризация вызывает механическую деформацию. Она, в свою очередь, задает направление намагниченности. Стоит отметить, что синтетический мультиферроик может состоять из особых структур — магнитных доменов. Внутри каждого из них намагниченность ориентирована независимо от соседнего. Домены малого размера можно задействовать в качестве ячеек памяти в компьютерах нового поколения. Долгое время велись споры, возможно ли в них локально переключить намагниченность с помощью короткого лазерного импульса.

«Оптический способ сверхбыстрого переключения намагниченности важен для реализации новых подходов к обработке и записи информации. Коллеги из Университета Аалто (Финляндия) приготовили для наших экспериментов синтетический мультиферроик, состоящий из магнитного слоя CoFeB и слоя сегнетоэлектрика BaTiO3 с полосовыми доменами. Мы же впервые изучили экспериментально, как реагирует намагниченность в отдельных доменах такого мультиферроика на воздействие лазерным импульсом длительностью менее 200 фемтосекунд», — рассказывает Леонид Шелухин, младший научный сотрудник Физико-технического института имени А. Ф. Иоффе РАН (Санкт-Петербург).

Ученые обнаружили, что под воздействием фемтосекундного лазерного импульса в мультиферроике происходит очень быстрое и значительное ослабление магнитоупругой связи между его слоями (если сравнивать 1 фемтосекунду с 1 секундой, то это то же самое, как сравнить 1 секунду с 30 миллионами лет). Ослабление приводит к тому, что намагниченность слоя CoFeB начинает быстро менять свое направление по определенной траектории. Физики показали, что такое изменение магнитоупругой связи связано с почти мгновенным тепловым воздействием лазера. Этот нагрев, однако, имеет импульсный характер, то есть происходит очень быстро. Поэтому нежелательное повышение температуры материала оказывается незначительным.

Самым интересным оказалось то, что при определенных условиях движение намагниченности приводило к ее локальному переключению между двумя направлениями. Однако найти такие условия было очень сложно.

«Наши исследования нужно развивать дальше, подбирая слои для создания синтетического мультиферроикика с нужной величиной магнитоупругой связи и деформаций в сегнетоэлектрике. Мы считаем, что это позволит создать материал, в котором будут реализованы оптимальные условия для быстрого и надежного переключения намагниченности одиночными лазерными импульсами», — подытожил Леонид Шелухин.

27 ноября, 2020
Исследователи выяснили, как кишечные бифидобактерии «защищаются» при воспалительных реакциях у хозяина
Российские ученые выяснили, как бифидобактерии реагируют на иммунный ответ организма хозяина. При оп...
26 ноября, 2020
Разработаны более эффективные противогрибковые средства на основе флуконазола
Российские ученые синтезировали новые противогрибковые средства на основе известного лекарства «Флук...