Полосатые нанопроволочки станут основой устройств магнитной памяти

Уже почти 30 лет идут разработки устройств магниторезистивной памяти, в которых информация хранится с помощью не электрических зарядов, а магнитных моментов. Элементы памяти состоят из двух слоев ферромагнетиков, разделенных диэлектриком: один из них намагничен определенным образом, а другой меняет свою намагниченность под влиянием внешнего поля.

У такой технологии есть ряд неоспоримых преимуществ. Так, они не зависят от энергии — у обычных полупроводниковых устройств без питания теряется заряд, а с ним и данные. Также они экономичны, долговечны и обладают большим быстродействием, поскольку и переходные процессы в них довольно быстрые. Вместе с тем устройства магнитной памяти пока не столь распространены на рынке. Одна из проблем связана с магнитостатическими свойствами таких систем, то есть влиянием магнитостатических полей, создаваемых магнитными элементами, на их соседей. Особенно сложно с трехмерными системами — для них просто нет универсальной модели.

В своей новой работе исследователи Дальневосточного федерального университета (ДВФУ) совместно с зарубежными коллегами рассмотрели трехмерную наноструктуру, составленную из крошечных сегментированных проволочек: в них железо выполняло роль ферромагнетика, а золото — диэлектрика. Получить такие системы удалось методом электроосаждения.

Авторы рассмотрели влияние геометрических параметров сегментов на характер их взаимодействия и общее магнитное поведение массива с переменной намагниченностью (поскольку он был изготовлен из сплавов с высокой и низкой намагниченностью). Прежде всего, оказалось, что, управляя плотностью приложенного тока и временем электроосаждения, можно регулировать размер нанопроволочек. Он, в свою очередь, определял и влияние элементов памяти на соседей в зависимости от намагниченности исходных сплавов.

С помощью микромагнитного моделирования ученые описали микромагнитную структуру, а еще обнаружили и проанализировали три типа магнитостатических взаимодействий: между соседними сегментами железа в одной проволоке или двух разных, между полюсами одного железного сегмента.

Результаты этого исследования могут быть полезны для создания магнитных ячеек памяти и логических устройств, а также для фундаментальной науки. Потенциально трехмерные системы из нанопроволок с переменной намагниченностью можно тонко настраивать, что делает их идеальными кандидатами не только для наноэлектроники следующего поколения, но и для наносенсоров, целевой доставки лекарств, биомедицинских анализов, разделения молекул и прочего.