В настоящее время используется полупроводниковая магнитная память, но главная её слабая сторона состоит в том, что при отключении питания информация теряется. То есть, как мы все знаем, надо тратить некоторое время на перезагрузку компьютера. И если вдруг выключается питание, то мы теряем наши несохраненные документы.
С магнитной памятью дело обстоит совершенно по-другому. Как устроена ячейка магнитной памяти? Это такая же трехслойная структура, и в простейшем случае, единица или ноль хранится в форме взаимной ориентации векторов намагниченности. То есть при отключении питания битовое состояние, естественно, сохраняется. И потом, если мы представим, что из таких элементов мы строим матрицу, то есть, таким образом мы можем считывать информацию с каждого элемента.
А.Г. А вот эта кластерная структура записи информации, насколько важно её сохранить при новых технологиях или есть другие пути записи?
К.З. То есть вы имеете в виду жёсткие диски?
А.Г. Да.
К.З. Нет, то, что я говорю, это просто уменьшение битового размера. То есть технология записи остаётся в нашем случае та же самая.
А.Г. Понятно.
К.З. Но буквально в последние годы открыты некоторые новые эффекты, которые оставляют далеко позади эффект гигантского магнитного сопротивления. В том числе магнитное сопротивление в нано-проволоках и нано-мостиках. Что такое нано-мостик? В 2000-м, если я не ошибаюсь году, в Испании были проведены эксперименты, состыковывались две нано-проволоки с атомарной толщины наконечниками, до тех пор пока не получали электрический контакт. А затем перемагничивали одну из нано-проволок. И величина магнитосопротивления получалась фантастическая - сотни и тысячи процентов.
А.З. Даже недавно получено 100 тысяч.
К.З. 100 тысяч процентов - то есть это фактически бесконечность.
А.З. Здесь квантовые эффекты проявляются…
А.Г. По теории вы сейчас нас подтянете. Я хочу дослушать, что у нас по технологии.
К.З. С некоторой точки зрения, это может стать началом новой революции в спинтронике.
И ещё я хотел бы остановиться на методах изучения таких объектов. Спинтронные структуры обладают огромным количеством параметров. То есть экспериментальное их изучение - это очень трудоёмкий процесс, дорогостоящий, занимает много времени и так далее. И здесь на помощь приходит, как обычно сейчас, компьютерное моделирование. И очень активно используется в настоящее время так называемый микромагнитный подход.
Магнитный слой разбивается, грубо говоря, на кирпичики, на маленькие прямоугольники. И каждый из них обладает своим собственным магнитным моментом. И причём каждый из этих кирпичиков магнитостатически взаимодействует со всеми кирпичиками, которые формирует система. И модель позволяет варьировать и физические параметры, и геометрию. То есть из таких кирпичиков можем составлять любую магнитную структуру с необходимыми физическими свойствами. И мы можем моделировать реально процесс перемагничивания. Фактически мы строим виртуальный прототип элемента, подбираем оптимальные параметры. И только после этого образец подаётся уже в лабораторию.
А.Г. С неё начинают строительство непосредственно…
К.З. Да, то есть строится виртуальный прототип, изучается его поведение. Причём, что интересно, часто обнаруживаются некие новые эффекты, которые трудно предсказать теоретически. И их экспериментально было бы достаточно сложно обнаружить. И они вот таким образом обнаруживаются, и потом можно уже это экспериментально их получить.
Где ещё используются магнитные нано-структуры? Очень широко они используются в сенсорах всевозможных. Сейчас очень быстро развивается технология так называемая MEMS, то есть микромеханические системы, микроэлектромеханические системы. Это то, что мы видели в фантастических фильмах, это маленькие жучки, паучки, маленькие роботы каких-то миллиметровых размеров, которые используются во всех областях человеческой деятельности. И для управления точной механикой этих систем активно используются также магнитные сенсоры. Также такие сенсоры используются в автомобильной промышленности, очень активно, как датчики скорости, в медицине, в аэрокосмической области, то есть поле применения их очень широкое.
А.Г. Теперь подтяните нас по теории. Почему эти нано-мостики обладают таким потрясающим эффектом?
А.З. Вообще-то вопрос в стадии исследования. Но один из ответов, один из возможных ответов, может быть основан на эффекте квантового сопротивления нано-мостиков. Известно, что сопротивление нано-контакта квантуется, имеется квант сопротивления. И вот тогда, когда диаметр мостика меньше некоторого критического, то мостик практически закрыт. И мы можем его закрыть, скажем, сделав так, что спины в берегах мостика направлены навстречу друг другу. Тогда он закрыт. Полностью закрыт. Это квантовый эффект. Это, если хотите, бесконечное сопротивление. Когда мы делаем их параллельными, он открывается. То есть фактически он то закрыт, то открыт - это реальный факт. Значит, вопрос заключается в том, действительно ли он реализуется в тех экспериментах, которые сейчас сделаны. Здесь пока вопрос открыт.
К.З. Но сотни тысяч процентов наблюдались.
А.З. Это наблюдалось, да.
Мне хотелось бы сейчас действительно вернуться к физике. Вот в области магнитных нано-структур, в области суперпарамагнетизма имеется много интересных квантовых эффектов, где встречаются квантовые и классические закономерности, как мы сказали. И я, по ограниченности времени, конечно, могу говорить только об одном эффекте. Таким интересным эффектом является явление магнитной релаксации магнитных материалов. Давайте начнём с классики. Если мы возьмём обычный постоянный магнит, который мы в нашей обыденной жизни привыкли видеть, и намагнитим его вдоль определённого направления, например, вдоль лёгкой оси, то он практически постоянно будет находиться в этом состоянии равновесия. Хотя имеется другое состояние равновесия, противоположное ему.
Но ситуация меняется, когда мы уменьшаем размер элемента, объём элемента. Первым обратил на это внимание Луи Неель, знаменитый французский физик. Он изучал магнетизм земных пород и обратил внимание, что действительно, когда частички становятся маленькими, то они могут спонтанно размагничиваться, благодаря тепловым флуктуациям, как Костя нам об этом уже рассказал. И он вывел формулу для скорости спонтанного размагничивания, она выглядит как некая экспонента знаменитой формулы Аррениуса и показывает, что скорость спонтанного размагничивания, т.е. скорость релаксации, уменьшается, когда температура стремится к нулю, и она обращается в нуль, когда температура идёт в ноль.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75
С магнитной памятью дело обстоит совершенно по-другому. Как устроена ячейка магнитной памяти? Это такая же трехслойная структура, и в простейшем случае, единица или ноль хранится в форме взаимной ориентации векторов намагниченности. То есть при отключении питания битовое состояние, естественно, сохраняется. И потом, если мы представим, что из таких элементов мы строим матрицу, то есть, таким образом мы можем считывать информацию с каждого элемента.
А.Г. А вот эта кластерная структура записи информации, насколько важно её сохранить при новых технологиях или есть другие пути записи?
К.З. То есть вы имеете в виду жёсткие диски?
А.Г. Да.
К.З. Нет, то, что я говорю, это просто уменьшение битового размера. То есть технология записи остаётся в нашем случае та же самая.
А.Г. Понятно.
К.З. Но буквально в последние годы открыты некоторые новые эффекты, которые оставляют далеко позади эффект гигантского магнитного сопротивления. В том числе магнитное сопротивление в нано-проволоках и нано-мостиках. Что такое нано-мостик? В 2000-м, если я не ошибаюсь году, в Испании были проведены эксперименты, состыковывались две нано-проволоки с атомарной толщины наконечниками, до тех пор пока не получали электрический контакт. А затем перемагничивали одну из нано-проволок. И величина магнитосопротивления получалась фантастическая - сотни и тысячи процентов.
А.З. Даже недавно получено 100 тысяч.
К.З. 100 тысяч процентов - то есть это фактически бесконечность.
А.З. Здесь квантовые эффекты проявляются…
А.Г. По теории вы сейчас нас подтянете. Я хочу дослушать, что у нас по технологии.
К.З. С некоторой точки зрения, это может стать началом новой революции в спинтронике.
И ещё я хотел бы остановиться на методах изучения таких объектов. Спинтронные структуры обладают огромным количеством параметров. То есть экспериментальное их изучение - это очень трудоёмкий процесс, дорогостоящий, занимает много времени и так далее. И здесь на помощь приходит, как обычно сейчас, компьютерное моделирование. И очень активно используется в настоящее время так называемый микромагнитный подход.
Магнитный слой разбивается, грубо говоря, на кирпичики, на маленькие прямоугольники. И каждый из них обладает своим собственным магнитным моментом. И причём каждый из этих кирпичиков магнитостатически взаимодействует со всеми кирпичиками, которые формирует система. И модель позволяет варьировать и физические параметры, и геометрию. То есть из таких кирпичиков можем составлять любую магнитную структуру с необходимыми физическими свойствами. И мы можем моделировать реально процесс перемагничивания. Фактически мы строим виртуальный прототип элемента, подбираем оптимальные параметры. И только после этого образец подаётся уже в лабораторию.
А.Г. С неё начинают строительство непосредственно…
К.З. Да, то есть строится виртуальный прототип, изучается его поведение. Причём, что интересно, часто обнаруживаются некие новые эффекты, которые трудно предсказать теоретически. И их экспериментально было бы достаточно сложно обнаружить. И они вот таким образом обнаруживаются, и потом можно уже это экспериментально их получить.
Где ещё используются магнитные нано-структуры? Очень широко они используются в сенсорах всевозможных. Сейчас очень быстро развивается технология так называемая MEMS, то есть микромеханические системы, микроэлектромеханические системы. Это то, что мы видели в фантастических фильмах, это маленькие жучки, паучки, маленькие роботы каких-то миллиметровых размеров, которые используются во всех областях человеческой деятельности. И для управления точной механикой этих систем активно используются также магнитные сенсоры. Также такие сенсоры используются в автомобильной промышленности, очень активно, как датчики скорости, в медицине, в аэрокосмической области, то есть поле применения их очень широкое.
А.Г. Теперь подтяните нас по теории. Почему эти нано-мостики обладают таким потрясающим эффектом?
А.З. Вообще-то вопрос в стадии исследования. Но один из ответов, один из возможных ответов, может быть основан на эффекте квантового сопротивления нано-мостиков. Известно, что сопротивление нано-контакта квантуется, имеется квант сопротивления. И вот тогда, когда диаметр мостика меньше некоторого критического, то мостик практически закрыт. И мы можем его закрыть, скажем, сделав так, что спины в берегах мостика направлены навстречу друг другу. Тогда он закрыт. Полностью закрыт. Это квантовый эффект. Это, если хотите, бесконечное сопротивление. Когда мы делаем их параллельными, он открывается. То есть фактически он то закрыт, то открыт - это реальный факт. Значит, вопрос заключается в том, действительно ли он реализуется в тех экспериментах, которые сейчас сделаны. Здесь пока вопрос открыт.
К.З. Но сотни тысяч процентов наблюдались.
А.З. Это наблюдалось, да.
Мне хотелось бы сейчас действительно вернуться к физике. Вот в области магнитных нано-структур, в области суперпарамагнетизма имеется много интересных квантовых эффектов, где встречаются квантовые и классические закономерности, как мы сказали. И я, по ограниченности времени, конечно, могу говорить только об одном эффекте. Таким интересным эффектом является явление магнитной релаксации магнитных материалов. Давайте начнём с классики. Если мы возьмём обычный постоянный магнит, который мы в нашей обыденной жизни привыкли видеть, и намагнитим его вдоль определённого направления, например, вдоль лёгкой оси, то он практически постоянно будет находиться в этом состоянии равновесия. Хотя имеется другое состояние равновесия, противоположное ему.
Но ситуация меняется, когда мы уменьшаем размер элемента, объём элемента. Первым обратил на это внимание Луи Неель, знаменитый французский физик. Он изучал магнетизм земных пород и обратил внимание, что действительно, когда частички становятся маленькими, то они могут спонтанно размагничиваться, благодаря тепловым флуктуациям, как Костя нам об этом уже рассказал. И он вывел формулу для скорости спонтанного размагничивания, она выглядит как некая экспонента знаменитой формулы Аррениуса и показывает, что скорость спонтанного размагничивания, т.е. скорость релаксации, уменьшается, когда температура стремится к нулю, и она обращается в нуль, когда температура идёт в ноль.
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75