Эффект изгиба электронов может улучшить память компьютера

Новый магнитный материал, разработанный физиками RIKEN, может увеличить объем памяти компьютера, обеспечивая более высокую плотность памяти и более высокую скорость записи в память. Их исследование опубликовано в журнале Nature Communications.

Устройства памяти, такие как жесткие диски, хранят данные, создавая различные узоры намагничивания в магнитном материале. Они используют магнитные материалы, известные как ферромагнетики — такие материалы, как железо и кобальт, в которых магнитные поля отдельных атомов выравниваются друг с другом при приложении магнитного поля.

Однако ферромагнетики не идеальны для хранения данных. «Проблема с ферромагнетиками заключается в том, что соседние области могут создавать помехи, вызывая спонтанное намагничивание, которое искажает данные. Поэтому у вас не может быть высокой плотности памяти», — объясняет Мэн Ван из Центра исследований новых веществ RIKEN. «Кроме того, переключение моделей намагничивания происходит медленно».

Антиферромагнитные материалы, в которых магнитные поля соседних атомов имеют тенденцию выстраиваться в противоположных направлениях, перспективны для решения этих проблем. Но поскольку намагниченность невозможно наблюдать в антиферромагнетиках, физикам понадобится другая техника для кодирования и считывания данных.

Последние 20 лет физики предполагают, что некоторые антиферромагнитные материалы могут поддерживать другой тип поведения, называемый «аномальным эффектом Холла». Его можно использовать для манипулирования электронами в антиферромагнитных материалах для хранения и считывания данных.

Обычный эффект Холла был впервые обнаружен в немагнитных материалах более века назад американским физиком Эдвином Холлом. Когда электрическое поле прикладывается к проводящему материалу, электроны движутся по прямой линии вдоль материала, параллельно электрическому полю. Но Холл обнаружил, что при приложении внешнего магнитного поля траектория электронов искривляется.

Позже Холл обнаружил, что этот изгиб может происходить и в некоторых магнитных материалах, даже если внешнее магнитное поле не приложено — явление, получившее название аномального эффекта Холла.

Теперь Ван и его коллеги продемонстрировали аномальный эффект Холла в антиферромагнитном металле, содержащем рутений и кислород, без магнитного поля. Команде пришлось добавить в кристалл небольшое количество хрома, что немного изменило его симметричную структуру, что позволило добиться эффекта.

Аномальный эффект Холла ранее наблюдался в более сложных типах антиферромагнетиков. Но впервые эффект наблюдался в антиферромагнитном металле, имеющем простую коллинеарную структуру, что делает его привлекательным для практических приложений.

«Этот материал очень легко изготовить в виде тонкой пленки», — говорит Ван. «Мы надеемся, что наша работа вдохновит других на поиск других материалов, которые будут дешевыми и простыми в изготовлении».