Вчені створили революційний матеріал, що економить енергію у сто разів ефективніше за чинні технології

Дослідники з Університету Автонома Барселони створили новий магнітний стан на нанорівні — магнето-іонний вихор або «vor­tion», який дозволяє керувати магнітними властивостями матеріалів за кімнатної температури з мінімальними енерговитратами. Відкриття опубліковане в журналі Nature Com­mu­ni­ca­tions.

Зростання потреб у зберіганні та обробці даних значно підвищує енергоспоживання інформаційних технологій. Традиційна магнітна пам’ять контролюється електричним струмом, що спричинює нагрівання та втрати енергії. Магнето-іонні матеріали можуть змінювати свої властивості за допомогою напруги замість струму, що забезпечує більшу енергоефективність.

Попередні дослідження магнето-іонних матеріалів зосереджувалися переважно на суцільних плівках, тоді як для високощільних накопичувачів критично важливі нанорозмірні структури. Команда з UAB поєднала магнето-іоніку з магнітними вихорами, створивши керований об’єкт у вигляді наноточок.

Керування новими структурами здійснюється шляхом вилучення азотних іонів за допомогою напруги. Це забезпечує контроль магнітних станів «на вимогу» з дуже низьким енергоспоживанням. Ірена Спасоєвич, перша авторка дослідження, пояснила, що дослідники можуть налаштовувати властивості матеріалу, зокрема намагніченість, анізотропію та критичні поля, в аналоговому та оборотному режимі.

Залежно від тривалості дії напруги матеріал може переходити між кількома станами: немагнітним станом, станом з рівномірною орієнтацією спінів та новим магнето-іонним вихором. Ця багатостановість відкриває можливості для створення динамічних синапсів у нейромережах, що імітуватимуть роботу біологічних систем.

Професор Жорді Сорт, керівник дослідження, порівняв функціонування vor­tions з роботою мозку: подібно до синапсів, які змінюють силу зв’язків між нейронами, ці структури здатні змінювати свої властивості під впливом електричних сигналів та іонної міграції. Така функціональність може стати основою для енергоефективних пристроїв, що працюватимуть за принципом мозку.

Потенційні застосування vor­tions включають нейроморфні пристрої та багатостанові системи зберігання даних.

Дослідники також розглядають можливості використання в медицині, безпеці даних, спінтроніці та створенні магнонних хвиль. Спінтроніка використовує спін електронів для обробки інформації, що може забезпечити ще більшу енергоефективність порівняно з традиційною електронікою.

Дослідження виконано міжнародною командою за участю Інституту науки про матеріали Барселони, синхротрону ALBA, Інституту метрологічних досліджень у Турині та Університету штату Колорадо. Фінансування забезпечив проєкт REMINDS Європейської дослідницької ради. Розробка може стати важливим кроком у створенні енергоефективних комп’ютерних систем майбутнього.