Магнитные монополи могут стать основой устройств хранения данных

magnet_top_52ff4.jpg

 Ученые из Технического университета Мюнхена (Technische Universitaet Muenchen, TUM), Технического университета Дрездена (Technische Universitaet Dresden) и Кельнского университета (University of Cologne) нашли, что при использовании комбинации магнитных монополей с завихрениями магнитного поля, называемыми скирмионами (skyrmion), информация может быть записана, считана и стерта с поверхности носителя достаточно простыми способами.

Магнитный монополь, физическая частица, описанная в теории почти 80 лет назад, может стать основой для реализации новых высокоэффективных устройств хранения данных.

Все из нас наверняка видели, как железные опилки, насыпанные на листок бумаги, показывают нам линии магнитного поля, вырабатываемое постоянным магнитом, имеющим два полюса. И даже если такой магнит расколоть в любом месте, то у каждого из обломков образуется своя собственная пара полюсов. Однако, в начале 1930-х годов физик Пол Дирак (Paul A. M. Dirac) описал магнитный монополь, гипотетическую частицу, которая является магнитным аналогом электрона, частицу, обладающую только одним полюсом и несущую только один вид элементарного магнитного заряда.

Наличие магнитных монополей на поверхности какого-либо материала приводит к образованию магнитных вихрей, скирмионов. Именно поиском и изучением магнитных скирмионов занимались ученые TUM, возглавляемые профессором Кристианом Пфлеидерером (Prof. Christian Pfleiderer), которые работали совместно с группой профессора Лукаша Энга (Prof. Lukas Eng) из Дрезденского университета, в распоряжении которой находится магнитно- силовой микроскоп. Когда ученые начали изучать поверхности различных материалов с помощью микроскопа, им удалось впервые вживую наблюдать магнитные вихри. Более того, они обнаружили, что скирмионы, граничащие друг с другом, сливаются в единое целое, образуя магнитные поля весьма сложной конфигурации.

Компьютерное моделирование, проведенное группой профессора Ачима Роша (Prof. Achim Rosch) из Кельнского университета, вместе с результатами исследований, проведенных с помощью источника нейтронов FRM II, который находится в университете TUM, показали, что магнитные монополи работали как застежка-молния, соединяя все магнитные вихри в единое поле.

Эти магнитные вихри, магнитные "водовороты", образующиеся вокруг магнитных монополей, могут служить в качестве чрезвычайно компактных и чрезвычайно долговечных носителей информации. Область, хранящая один бит данных на современных жестких дисках, состоит, по крайней мере, из тысячи атомов магнитного вещества, в отличие от этого каждый скирмион формируется магнитным монополем, состоящем всего из 15 атомов, что позволит получить чрезвычайно высокое значение показателя плотности записи информации.

Кроме всего вышесказанного, для перемещения монополя и скирмиона требуется приблизительно в 100 тысяч раз меньшая энергии, чем энергия, требующаяся для изменения магнитного момента атомов в современных устройствах магнитной записи и хранения информации.

И еще одним важным преимуществом скирмионов является их высокая стабильность и малая восприимчивость к некоторым внешним воздействиям, к примеру, к высокой температуре.

Магнитно-вихревые структуры были впервые обнаружены в 2009 году в ходе экспериментов по рассеиванию нейтронов а поверхности сплава кремния- марганца, которые проводились с помощью источника нейтронов FRM II командами профессоров Кристиана Пфлеидерера и Ачима Роша. С того момента времени эта область исследований привлекла к себе повышенный интерес, благодаря чему учеными из всего мира были сделаны значительные успехи в этом направлении.

"Первые эксперименты по изучению магнитных монополей и завихрений проводились только при чрезвычайно низких температурах. Теперь мы знаем, что существуют материалы, на поверхности которых скирмионы существуют и при комнатной температуре" - рассказывает Кристиан Пфлеидерер, профессор в области магнитных Материалов в Техническом университете Мюнхена, - "Благодаря наличию магнитно-силового микроскопа у нас сейчас имеется возможность наблюдать за скирмионами, изучать их свойства и поведение как по отдельности, так и в составе сложных систем. Это является решающим шагом на пути создания реальных технологий магнитной записи и хранения информации следующего поколения".

Nano News Net