Nieuw onderzoek heeft aangetoond dat een exotisch soort magnetisch gedrag dat slechts een paar jaar geleden is ontdekt, veelbelovend is als een manier om gegevens op te slaan - een manier die fundamentele limieten zou kunnen overwinnen die anders het einde zouden kunnen betekenen van "Moore's Law, ", waarin de voortdurende verbeteringen in berekening en gegevensopslag van de afgelopen decennia worden beschreven.

In plaats van gegevens bit voor bit te lezen en te schrijven door de oriëntatie van gemagnetiseerde deeltjes op een oppervlak te veranderen, zoals de huidige magnetische schijven doen, het nieuwe systeem zou gebruik maken van kleine verstoringen in magnetische oriëntatie, die "skyrmions" zijn genoemd. Deze virtuele deeltjes, die voorkomen op een dunne metaalfilm die is ingeklemd tegen een film van ander metaal, kan worden gemanipuleerd en gecontroleerd met behulp van elektrische velden, en kan gegevens gedurende lange perioden opslaan zonder dat er meer energie nodig is.

in 2016, een team onder leiding van MIT universitair hoofddocent materiaalkunde en techniek Geoffrey Beach documenteerde het bestaan ​​van skyrmionen, maar de locaties van de deeltjes op een oppervlak waren volledig willekeurig. Nutsvoorzieningen, Beach heeft met anderen samengewerkt om voor het eerst experimenteel aan te tonen dat ze deze deeltjes naar believen op specifieke locaties kunnen creëren, wat de volgende belangrijke vereiste is om ze in een gegevensopslagsysteem te gebruiken. Een efficiënt systeem voor het uitlezen van die gegevens zal ook nodig zijn om een ​​commercialiseerbaar systeem te creëren.

De nieuwe bevindingen worden deze week gerapporteerd in het tijdschrift Natuur Nanotechnologie , in een krant van Beach, MIT-postdoc Felix Buettner, en afgestudeerde student Ivan Lemesh, en 10 anderen aan het MIT en in Duitsland.

Het systeem richt zich op het grensgebied tussen atomen waarvan de magnetische polen in de ene richting wijzen en die met polen die de andere kant op wijzen. Dit grensgebied kan heen en weer bewegen binnen het magnetische materiaal, zegt strand. Wat hij en zijn team vier jaar geleden ontdekten, was dat deze grensgebieden konden worden gecontroleerd door een tweede vel niet-magnetisch zwaar metaal heel dicht bij de magnetische laag te plaatsen. De niet-magnetische laag kan dan de magnetische beïnvloeden, met elektrische velden in de niet-magnetische laag die rond de magnetische domeinen in de magnetische laag duwen. Skyrmionen zijn kleine wervelingen van magnetische oriëntatie binnen deze lagen, Strand voegt toe.

De sleutel tot het naar believen kunnen creëren van skyrmions op bepaalde locaties, het blijkt, liggen in materiële gebreken. Door een bepaald soort defect in de magnetische laag te introduceren, de skyrmionen worden vastgemaakt aan specifieke locaties op het oppervlak, het team gevonden. Die oppervlakken met opzettelijke defecten kunnen dan worden gebruikt als een bestuurbaar schrijfoppervlak voor gegevens die zijn gecodeerd in de skyrmions. Het team realiseerde zich dat in plaats van een probleem te zijn, de defecten in het materiaal kunnen zelfs gunstig zijn.

"Een van de grootste ontbrekende stukjes" die nodig was om van skyrmions een praktisch gegevensopslagmedium te maken, strand zegt, was een betrouwbare manier om ze te creëren waar en wanneer ze nodig waren. "Dit is dus een belangrijke doorbraak, " hij legt uit, dankzij het werk van Buettner en Lemesh, hoofdauteurs van de krant. "Wat ze ontdekten was een zeer snelle en efficiënte manier om" dergelijke formaties te schrijven.

Omdat de skyrmions, eigenlijk kleine wervelingen van magnetisme, zijn ongelooflijk stabiel tegen externe verstoringen, in tegenstelling tot de afzonderlijke magnetische polen in een conventioneel magnetisch opslagapparaat, gegevens kunnen worden opgeslagen met slechts een klein deel van het magnetische oppervlak - misschien slechts een paar atomen breed. Dat betekent dat er veel meer gegevens op een oppervlak van een bepaalde grootte kunnen worden geschreven. Dat is een belangrijke kwaliteit, Strand legt uit, omdat conventionele magnetische systemen nu de limieten bereiken die zijn vastgesteld door de fundamentele fysica van hun materialen, mogelijk een halt toeroepen aan de gestage verbetering van de opslagcapaciteiten die de basis vormen voor de wet van Moore. Het nieuwe systeem, eenmaal geperfectioneerd, zou een manier kunnen zijn om die vooruitgang in de richting van steeds dichtere gegevensopslag voort te zetten, hij zegt.

Het systeem kan mogelijk ook gegevens coderen met zeer hoge snelheden, waardoor het niet alleen efficiënt is als vervanging voor magnetische media zoals harde schijven, maar zelfs voor de veel snellere geheugensystemen die worden gebruikt in Random Access Memory (RAM) voor berekeningen.

Maar wat nog ontbreekt is een effectieve manier om de opgeslagen data uit te lezen. Dit kan nu worden gedaan met behulp van geavanceerde magnetische röntgenspectroscopie, maar daarvoor is apparatuur nodig die te complex en te duur is om deel uit te maken van een praktisch computergeheugensysteem. De onderzoekers zijn van plan om betere manieren te onderzoeken om de informatie weer naar buiten te krijgen, die praktisch zou kunnen zijn om op schaal te produceren.

De röntgenspectrograaf is "als een microscoop zonder lenzen, " Büettner legt uit, dus het beeld wordt wiskundig gereconstrueerd uit de verzamelde gegevens, in plaats van fysiek door lichtstralen te buigen met behulp van lenzen. Lenzen voor röntgenfoto's bestaan, maar ze zijn erg ingewikkeld, en kost $40, 000 tot $50, 000 per stuk, hij zegt.

Maar een alternatieve manier om de gegevens te lezen is mogelijk, met behulp van een extra metaallaag toegevoegd aan de andere lagen. Door een bepaalde textuur op deze toegevoegde laag te creëren, het kan mogelijk zijn om verschillen in de elektrische weerstand van de laag te detecteren, afhankelijk van het al dan niet aanwezig zijn van een skyrmion in de aangrenzende laag. "Het lijdt geen twijfel dat het zou werken, "Bütner zegt, het is gewoon een kwestie van het uitzoeken van de benodigde technische ontwikkeling. Het team volgt deze en andere mogelijke strategieën om de uitleesvraag aan te pakken.