Ученые открыли новое магнитное состояние — магнито-ионный вихрь, или «вортион». Это достижение позволяет точно контролировать магнитные свойства на наномасштабе при комнатной температуре и может привести к созданию более энергоэффективных вычислительных устройств.
Рост машинного обучения и инструментов на его базе привёл к тому, что все компании стремятся работать с большими данными. Это вызвало заметный рост энергопотребления, поскольку для записи информации в большинстве случаев используются электрические токи, а устройства обработки данных нагреваются и теряют часть энергии.
Применение магнитных запоминающих устройств с управлением напряжением вместо током позволяет существенно снизить энергопотребление. В качестве материалов для таких устройств могут выступать магнито-ионные материалы. Изменение их свойств достигается добавлением или удалением ионов посредством перемены полярности приложенного напряжения.
До сих пор большинство исследователей работали с цельными пленками магнито-ионных материалов, а не с управлением отдельными элементами. нужно добиться Контроль именно за наименьшими ячейками хранения данных.
Международная группа учёных нашла способ управления магнито-ионными материалами с высокой точностью. Учёные объединили магнито-ионные эффекты и магнитные вихри в новом магнитном состоянии — вортионе. Научная статья. опубликована в журнале Nature Communications.
На мелком масштабе, порядка микрометра, в материалах проявляются явления, которых нет в больших системах, например, магнитные вихри – маленькие образования, похожие на спирали. используют Для записи и чтения магнитных данных а также в биомедицине. Но изменение состояния готового вихря либо не представляется возможным, либо требует большого количества энергии.
Созданный учёными ворон позволил с высокой точностью управлять магнитными свойствами наноструктур, имеющих форму точек. Учёные корректируют требуемые характеристики путём удаления атомов азота при помощи напряжения. Это позволяет управление вортионами энергоэффективным.
Новый объект на наномасштабе принципиально отличается. Большой спрос на управление магнитными состояниями наблюдается именно на этом уровне, но удивительно: большая часть исследований в области магнито-ионных эффектов до сих пор сосредоточена на сплошных материалах. Влияние движения ионов в дискретных наноструктурах, например в изученных наноточках, приводит к уникальным динамически изменяющимся конфигурациям спинов. Jordi Sort).
Напряжение определяет конфигурацию спинов и магнитные характеристики вихрей. Наночастицы, изначально не проявляющие магнитности, могут переходить в различные состояния: от вихрей с разными свойствами до равномерной магнитной ориентации.
С помощью созданных нами вортионов можно управлять магнитными свойствами, такими как намагниченность, коэрцитивная сила, остаточная намагниченность, магнитная анизотропия и критические поля вихреобразования. Эти свойства важны для хранения информации в магнитных запоминающих устройствах. Теперь их можно настраивать аналоговым и обратимым способом с помощью напряжения при минимальном энергопотреблении. Irena Spasojević).
Исследователи также высказали предположение о возможности настройки магнитных ионных вихрей. могут использоваться В нейросетях используются динамические синапсы, имитирующие работу биологических. В мозге связи между нейронами (синапсы) имеют разные «веса» (силы), меняющиеся при обучении. Функционирование биологических нейронов и синапсов также управляется электрическими сигналами и миграцией ионов, как и свойства вортионов.
Вортионы могут помочь ученым создать Настраиваемые синаптические веса реализуются в виде управляемой намагниченности или магнитной анизотропии для нейроморфных спинтронных устройств. Исследователи полагают, что помимо нейроморфных вычислений, аналоговых систем и многослойных запоминающих устройств «вортионы» могут применяться в медицине (например, в терапевтических методах), защите данных и вычислениях на основе магнитных спинов.
Замена электрического тока напряжением уменьшает перегрев аппаратуры, например, ноутбуков, серверов и центров обработки данных, экономя энергию.