Японские ученые разработали устройство, способное к
быстрому переключению одновременно своих магнитных и электронных свойств при
помощи электрических сигналов. Габариты этого крошечного магнитно-электронного
ключа (выключателя) и некоторые его другие характеристики позволят, при условии
его практического воплощения, удвоить емкость различных твердотельных устройств
хранения информации, таких, как твердотельные жесткие диски (SSD) и
USB-накопители.
В устройствах магнитного хранения данные представлены в
виде чередующихся областей, имеющих различное направление намагниченности и
располагающихся на поверхности магнитной ленты или металлического диска с
магнитным покрытием. В электронных устройствах хранения информация содержится в
миллионах крошечных электронных логических элементов, ячейках, которые могут
находиться в двух состояниях.
Исследователи из университета Хоккайдо, сначала в
теории, разработали принцип совмещения принципа магнитного хранения информации
и принципа хранения информации в электронном виде. Разработанная ими структура
ячейки памяти позволяет этой ячейке быстро переключаться из магнитного в
немагнитное и из диэлектрического в проводящее состояние под воздействием
управляющих сигналов. И такая двойственная природа ячейки позволит удвоить емкость
устройств хранения информации.
Материалы, относящиеся к группе оксидов переходных
металлов, обладают некоторыми уникальными свойствами, они способны
переключаться от немагнитного и диэлектрического состояния к магнитному
состоянию с высокой электрической проводимостью. Это происходит, когда материал
под воздействием каких-либо факторов поглощает или избавляется от ионов
кислорода.
К сожалению, ни один из традиционных способов контроля
количества кислорода в материалах-оксидах абсолютно не подходит для
использования где-либо, кроме химических и физических лабораторий. В
большинстве этих способов используется высокотемпературный нагрев, что делает
эти способы неприемлемыми для устройств, которые должны работать при комнатной
температуре. В других же методах используются жидкие щелочные электролиты,
которые участвуют в электрохимических реакциях, происходящих при комнатной
температуре, однако, устройства с такими активными электролитами должны быть
надежно и герметично упакованы, что служит препятствием к их миниатюризации.
Вместо использования любых стандартных способов
оксидации-деоксидации, японские исследователи разработали свой собственный. Они
использовали тонкую пленку танталата натрия, наложенную на поверхность оксида
кобальта-стронция. Воздействие на этот "бутерброд" трехвольтового
электрического потенциала переключает материал из изоляционного в
токопроводящее металлическое состояние в течение двух-трех секунд. А изменение
полярности потенциала на обратную возвращает материал в исходное изоляционное
состояние.
Конечно, секунды времени, требующиеся для переключения
состояния материала, это очень и очень медленно. Но здесь следует учесть, что
все эти эксперименты проводились с весьма большими частями материала. Когда
размеры активных элементов будут сокращены до того уровня, когда их можно будет
"паковать" в чип памяти, то и время их срабатывания значительно
сократится пропорционально сокращению размеров.
Исследователи полагают, что на основе разработанного ими
материала могут быть созданы новые электромагнитные устройства-ключи, которые
могут стать основой ячеек новых типов энергонезависимой памяти. Помимо этого,
точно такой же принцип может быть использован и для создания новых
электрооптических и электротермических устройств для научного и массового
применения.
