Разработана энергонезависимая память, работающая без электрического тока
Благодаря магнитоэлектрическому запоминающему элементу инженеры из Корнельского университета приблизились к изобретению компьютеров с мгновенным включением.
Современные запоминающие устройства компьютеров кодируют данные при помощи электрического тока, что ограничивает их надежность и возможность уменьшения размера, а также требует значительного потребления энергии. Если бы данные кодировались без тока – скажем, путем приложения электрического поля по всему изолятору– на это требовалось бы куда меньше энергии, и компьютеры с мгновенным запуском, потребляющие минимум энергии, стали бы вездесущей реальностью.
Энергонезависимая память AT24C02 и Arduino
Группа ученых из Корнельского университета разработала магнитоэлектрический запоминающий элемент, работающий при комнатной температуре. Соответствующий одному биту элемент проявляет основную черту энергонезависимой памяти следующего поколения – двухэтапную магнитную переключаемость при помощи одного электрического поля.
Преимущество элемента в малом потреблении энергии – для его переключения требуется низкое напряжение без тока. Использующие ток устройства расходуют больше энергии, рассеивая значительную ее часть в виде тепла, что приводит к нагреву компьютера и истощению аккумуляторов.
Элемент был изготовлен из феррита висмута – материала, обладающего редким свойством: он является магнитом, имеет собственное постоянное локальное магнитное поле, и в то же время электрополяризованным ферроэлектриком, поляризация которого переключается путем приложения электрического поля. Материалы-ферроики, как правило обладают одним из двух упомянутых свойств, редко обоими, поскольку механизмы, обусловливающие оба явления, обычно противодействуют друг другу.
Такое сочетание свойств превращает феррит висмута в материал-мультиферроик. Еще в 2003 году было продемонстрировано, что феррит висмута может быть выращен в виде тончайшей пленки и проявляет усиленные свойства по сравнению с объемными аналогами, в связи с чем он важен для электроники нового поколения.
Феррит висмута может применяться в энергонезависимых запоминающих устройствах сравнительно простой формы. Лучше всего то, что он функционирует при комнатной температуре; другие группы ученых показывали схожие результаты на альтернативных материалах, но при невероятно низкой температуре 4 Кельвина, что не годится для производства.
Важнейшее достижение специалистов из Корнельского университета заключается в построении теории и экспериментальной реализации динамики переключения в элементе на базе феррита висмута. Было выяснено, что переключение происходит в два обособленных этапа. Одноэтапное переключение не работало, и поэтому теоретики ранее полагали, что невозможно то, чего им удалось достигнуть. Но так как переключение осуществляется в два этапа, феррит висмута имеет немалое значение для техники.
Элемент-мультиферроик также требует на порядок меньше энергии, чем его главный конкурент – явление под названием перенос спинового момента, использующее другие физические процессы для магнитного переключения. Перенос спинового момента уже находит ограниченное применение в промышленных масштабах.
Пока был изготовлен всего лишь одиночный элемент, а компьютерная память включает в себя миллиарды рядов таких элементов. Кроме того, необходимо повысить стойкость элемента. Однако пока что практическое доказательство идеи – огромный шаг вперед.
