Науковці розробили метод запису даних у пам’ять із витратами енергії у десять разів нижчими за стандартні

Фізики з Единбурзького університету продемонстрували принципово новий підхід до запису даних у магнітну пам’ять, який дозволяє скоротити енергоспоживання більш ніж у десять разів порівняно з існуючими технологіями. Дослідження набуває особливої актуальності на тлі стрімкого зростання споживання енергії платформами генеративного штучного інтелекту.

Сучасний спосіб зміни стану біта в комірці магнітної пам’яті вчені порівнюють із методом грубої сили: потужний імпульс просто «перебиває» вихідну намагніченість елемента. Натомість дослідники запропонували використовувати магнітне поле зі спеціально розрахованою змінною формою, яке переводить елемент зі стану «0» у стан «1» найбільш енергетично вигідним шляхом.

Для розрахунку таких імпульсів науковці застосували теорію оптимального управління — математичний інструментарій, що дозволяє знайти мінімально витратний спосіб переведення системи з одного стану в інший. Комп’ютерне моделювання проводилось для одношарових ван-дер-ваальсових магнетиків Fe₃­GaTe₂, Fe₃GeTe₂ та CrS­Br.

У змодельованих матеріалах спіни вдалося узгоджено розгорнути за 1–10 пікосекунд. При цьому амплітуда оптимізованого магнітного поля виявилась більш ніж удесятеро нижчою, ніж при традиційному перемиканні. Енергія одного переключення в нових моделях склала 0,94–9,7 нДж проти 42,8–91,2 нДж при звичайних магнітних імпульсах.

Додаткова оптимізація розмірів пристрою, магнітної анізотропії та коефіцієнта затухання теоретично дозволяє знизити витрати до фемтоджоулів. За розрахунками авторів, за певних параметрів новий підхід може виявитись ефективнішим за технології STT-MRAM і SOT-MRAM, де стан магнітного елемента змінюється струмами, що створюють момент перенесення спіну або спін-орбітальний момент.

Дослідники також зазначають, що запропонована методика може застосовуватись для управління струмами та лазерами, а отже — відкриває ширші можливості для оптимізації роботи з даними загалом.