Международная группа ученых НИТУ «МИСиС» и Национального института квантовых наук и радиологии (Япония) разработала материал, который позволит существенно увеличить плотность записываемой информации в устройствах хранения данных, таких как твердотельные диски и флеш-накопители.

К преимуществам нового материала также стоит отнести отсутствие лимита перезаписи, что позволит внедрить устройства из нового материала в актуальную технологию Big Data. Статья о разработке опубликована в журнале Advanced Materials.

Разработка компактных, вместительных и надежных устройств памяти – все более возрастающая необходимость. На сегодняшний день традиционными являются устройства, в которых информация переносится при помощи электрического тока. Простейший пример – флеш-карта или внешний жесткий диск. При этом время от времени пользователи неизбежно сталкиваются с проблемами: файл может записаться некорректно, компьютер может перестать «видеть» флешку, а для записи большого количества информации требуются довольно громоздкие носители.

Многообещающей альтернативой электронике является спинтроника, где управление переносом информации реализуется не только с помощью заряда электронов, но также и при помощи тока спинов – собственных моментов импульса электронов. В спинтронике устройства работают на принципе магниторезистивного эффекта (магнитного сопротивления): имеются три слоя, первый и третий из которых ферромагнитные, а средний – немагнитный.

Проходя через такую структуру типа «сэндвич», электроны, в зависимости от их спина, по-разному рассеиваются в намагниченных краевых слоях, что влияет на результирующее сопротивление устройства. Детектируя увеличение или же уменьшение данного сопротивления, можно управлять информацией при помощи стандартных логических битов, 0 и 1.

Международная группа ученых НИТУ «МИСиС» и Национального института квантовых наук и радиологии, Япония (National Institutes for Quantum and Radiological Science and Technology) разработали материал, который может существенно увеличить емкость магнитной памяти – благодаря повышению плотности записи. Ученые использовали комбинацию из графена и полуметаллического сплава Гейслера Co₂FeGaGe (кобальт-железо-галлий-германий).

«Уникальность данной разработки заключается в том, что японским коллегам впервые удалось получить слой графена атомарной толщины на слое полуметаллического ферромагнитного материала и измерить его свойства, – рассказывает руководитель научной группы с российской стороны, доктор физико-математических наук, доцент, научный руководитель инфраструктурного проекта «Теоретическое материаловедение наноструктур» лаборатории «Неорганические наноматериалы» НИТУ «МИСиС» Павел Сорокин. – Данная работа стала возможна благодаря тесному международному взаимодействию. Японский коллектив, возглавляемый доктором Сейджи Сакаем, проводит уникальные эксперименты, в то время как наша группа занимается теоретическим описанием полученных данных. Наши коллективы сотрудничают уже много лет и получили ряд важных результатов».

Поляризация спинов, проходящая в структуре сплава, является необходимым условием для использования его в спинтронных устройствах. Ранее в устройствах магнитной памяти не использовался графен: при попытках изготовления таких слоистых материалов атомы углерода вступали в реакцию с магнитным слоем, что приводило к изменению его свойств.

Благодаря тщательному подбору состава сплава Гейслера, а также методов его нанесения, удалось создать более тонкий образец, по сравнению с предшествующими аналогами. Это, в свою очередь, позволит существенно повысить емкость устройств магнитной памяти без увеличения их физических размеров. В исследованной учеными гетероструктуре графен не вступает в химическое взаимодействие с магнитным материалом, что позволяет сохранить его уникальные проводящие свойства. Следующие шаги исследователей – масштабирование экспериментального образца и дальнейшая модификация структуры элемента.