차세대 자기 데이터 저장 기술

• 연구원들은 투명 망토가 있는 자기 나노구조를 설계했습니다.
• 보이지 않는 망토의 강도를 세심하게 조정하여 작은 자기 비트 구조의 고속을 달성할 수 있습니다.

고성능 솔리드 스테이트 데이터 스토리지 및 로직 애플리케이션을 위해 연구원들은 스핀 기반 장치에 집중하고 있습니다. 유망한 접근 방식 중 하나는 경마장 기반 기기에서 전류에 의해 이동할 수 있는 작은 스커미온 또는 도메인 벽으로 비트를 인코딩하는 것입니다.

물리학자들에게 자기는 주로 원자에서 전자의 회전 운동과 관련이 있습니다. 전자는 핵 주위를 공전하고 자신의 축을 중심으로 회전합니다. 이 움직임은 원자의 자기 모멘트를 생성합니다.

이 자기 모멘트에 해당하는 표유 자기장은 장치에서 자기적으로 저장된 데이터를 추출/판독하는 데 사용됩니다. 기존 하드 드라이브에서 자기 비트 1개의 크기는 최대 15*45나노미터에 달하며 이 중 약 1조 개가 우표에 찍힐 수 있습니다.

칩의 고정된 위치에 자기적으로 비트를 저장하고 나중에 추출하려면 전류 펄스를 통해 칩에서 자기 비트를 앞뒤로 전송해야 합니다. 문제는 자기장이 데이터를 더 조밀하게 패킹하기 위해 비트를 작게 만드는 것을 방지한다는 것입니다. 또한 표유 자기장과 관련된 자기 모멘트는 구조물을 움직일 수 있어야 합니다.

아톰의 투명 망토

이 연구에서 연구원들은 자기 나노 구조에 '보이지 않는 망토'를 성공적으로 배치하고 이러한 비트가 실제로 얼마나 빠르고 작은지 분석했습니다. 이를 위해 그들은 전자가 반대 방향으로 회전하는 서로 다른 원소의 원자를 병합하여 반대 자기 모멘트를 갖게 되었습니다.

이 취소된(또는 경우에 따라 감소된) 자기 표유 필드, 그러나 나노구조의 각 원자는 여전히 자기 모멘트를 전달합니다. 이 원자가 함께 은폐된 것처럼 보입니다.

참고자료:네이처 나노테크놀로지 | 도이:10.1038/s41565-018-0255-3 | 맥스 본 연구소

은폐에도 불구하고 연구원들은 X선 홀로그래피를 통해 작은 구조를 이미지화했습니다. 하나의 원자 종의 자기 모멘트를 선택적으로 보이게 함으로써 보이지 않는 망토에도 불구하고 구조의 이미지를 기록했습니다.

인접한 원자 모멘트 사이의 강자성(FM) 및 반강자성(AFM) 순서 | 연구원 제공

데이터 저장 애플리케이션

투명 망토의 위력을 세심하게 구성하면 두 가지 목표를 동시에 달성할 수 있습니다.

원형 자기 구조의 크기는 매우 작습니다. 반지름이 가장 작은 구조는 5나노미터에 불과한 것으로 나타났습니다. 미래에 이러한 구조가 데이터 저장 장치에 채택될 수 있다면 그 용량이 크게 증가할 것입니다.

추가 조사에 따르면 클로킹된 비트는 메모리 장치에서 실제로 사용하기 위한 중요한 매개변수 중 하나인 짧은 전류 펄스에 의해 매우 빠르게 이동할 수 있습니다. 연구원들은 그것이 1km/s 이상의 속도에 도달했다고 언급했습니다.

핵 주위의 전자 궤도와 자체 축 주위의 전자 스핀은 모두 자기 모멘트에 다르게 기여합니다. 전자 자신의 스핀 효과는 전자 궤도 효과의 두 배입니다.

다른 유형의 원자를 전자의 다른 회전 방향과 결합하여 전체 회전을 상쇄할 수 있습니다. 시스템의 소위 각운동량은 일정하지만 시스템은 여전히 ​​소량의 자기 모멘트를 유지합니다.

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각운동량은 전류 펄스를 통해 움직이는 자기 구조를 감속하기 때문에 이 기술을 사용하여 고속 동작을 달성할 수 있습니다. 따라서 투명 망토의 강도가 올바르게 구성되면 고속 및 작은 크기의 자기 비트 구조를 모두 얻을 수 있습니다. 이는 새로운 자기 데이터 저장 개념의 흥미로운 측면입니다.