Nezávislé informace o vědě a výzkumu

Objevy v oblasti antiferomagnetických materiálů mění způsob ukládání dat

17. 4. 2018
Objevy v oblasti antiferomagnetických materiálů mění způsob ukládání dat

Mezinárodní vědecký tým pod vedením fyzika Tomáše Jungwirtha zažívá světový úspěch: o jeho převratném výzkumu v oblasti spintroniky vyšly od začátku letošního roku články v prestižních časopisech Science Advances, Nature Nanotechnology, Nature Communications či Nature Physics. Posledně jmenovaný titul o tématu připravil speciální vydání.

Současná paměťová média, jako jsou třeba harddisky v našich počítačích, využívají pro záznam jev zvaný magnetizace. Ve feromagnetických materiálech jsou spiny elektronů orientované jedním směrem, a tím společně přispívají k magnetizaci látky. Díky tomu je možné je snadno ovládat, např. pomocí magnetického pole. Zároveň po vypnutí zapisovacího magnetického pole zůstávají spiny společně a trvale v zapsaném směru a mohou tak sloužit k ukládání informace. V nemagnetických materiálech jsou spiny elektronů orientovány nahodile, magnetizace je nulová a nedají se proto využít pro paměti.

Antiferomagnety, na které se projekt ASPIN zaměřuje, se navenek chovají jako běžné nemagnetické materiály. Spiny elektronů v nich ovšem nejsou orientovány nahodile, ale jejich orientace se pravidelně střídá od jednoho ke druhému atomu v mřížce. Materiál má tedy v sobě dvě prolínající se magnetizace orientované opačným směrem a jejich účinek se tak navenek navzájem ruší. Z tohoto důvodu se antiferomagnety dlouho zdály být nezajímavé pro praktické využití.

spintronika2

Zařízení pro růst tenkovrstvých krystalů (včetně antiferomagnetů) technologií epitaxe z molekulárních svazků.

Vědci z Fyzikálního ústavu však představili nejen nové fyzikální jevy, kterými lze antiferomagnety použít k zápisu, čtení a ukládání informací, ale ukázali i experimentální zařízení, které je možné připojit k běžnému počítači a ukázat na něm princip antiferomagnetické paměti.

Nový způsob zápisu informací může v budoucnu zrychlit práci počítačů, protože pro záznam stačí extrémně krátké – pikosekundové – elektrické výboje, což je tisíckrát kratší doba než v dnes používaných feromagnetických součástkách. Přečtení informace je také relativně snadné, protože se při zápisu mění elektrický odpor materiálu. Antiferomagnetická paměť má i další překvapivé vlastnosti. Například nemusí být binární (klasické počítačové paměti používají zápis do dvojkové soustavy ve formě jedniček a nul), protože může měnit odpor postupně, a nedokáže ji narušit ani velmi silné vnější magnetické pole.

Na počátku letošního roku tým Tomáše Jungwirtha publikoval sérii článků na téma antiferomagnetické spintroniky v časopisech Science Advances, Nature Nanotechnology a Nature Communications. Časopis Nature Physics dokonce věnoval tomuto tématu zvláštní vydání.

spintronika

Oddělení spintroniky a nanoelektroniky Fyzikálního ústavu v Laboratoři MBE.

Oddělení spintroniky Fyzikálního ústavu si své mezinárodní postavení v oboru buduje dlouhodobě, o čemž mimo jiné svědčí tři desítky článků publikovaných v rodinách časopisů Nature a Science za posledních deset let a dva granty Evropské výzkumné rady. Široký ohlas této nové vědní oblasti navíc dokládají i pozvání pro koordinátora projektu k prezentaci výsledků na plenárních přednáškách mezinárodních konferencí o magnetismu, které se letos konají v Singapuru, San Francisku a Mainzu.

Kromě Akademie věd a Univerzity Karlovy se na projektu podílí také tři německé Max Planck instituty v Berlíně, Drážďanech a Halle a univerzita v Mainzu, britská Univerzita v Nottinghamu a španělská firma IGSresearch Ltd.

 

Tomáš Jungwirth je vedoucím Oddělení spintroniky a nanoelektroniky ve Fyzikálním ústavu Akademie věd ČR a koordinuje projekt ASPIN, na kterém se kromě Akademie věd a Univerzity Karlovy podílejí partneři z Velké Británie, Německa a Španělska. Jeho tým použil jako první na světě k vytvoření nového typu paměti antiferomagnety, tedy materiály, které vědci do té doby považovali za prakticky bezcenné. Nové objevy umožňují tisícinásobně rychlejší zápis, ale mají i slibné aplikace v oblastech jako umělá inteligence a neuronové sítě.

 

Zdroj: AV ČR


Rozhovor s Tomášem Jungwirthem o české vědní politice i úspěšnosti českých vědců v evropských grantových výzvách jsme na portálu Vědavýzkum.cz přinesli na počátku dubna.

 

 

Partneři webu a spolupracující instituce