Triumf českých fyziků: antiferomagnetické úložiště. Je rychlé i dostupné

30. duben 2018
Magnetické pole

Za obor budoucnosti je v elektronice považována spintronika. Ta využívá spinů elektronů, tedy částic menších než atom. Čeští vědci z Fyzikálního ústavu Akademie věd ČR v ní hrají prim: jako první na světě zjistili, že pro ukládání dat není nutné použít magnetické látky, ale je možné využít i látky nemagnetické, tzv. antiferomagnety.

„Antiferomagnetů je víc než magnetických materiálů, ale byly celou dobu přehlíženy. Lidé mysleli, že je nelze nijak ovládat. A my přišli na to, jak s nimi fyzikálně zacházet, navíc způsobem slučitelným s běžnou mikroelektronikou,“ popsal v Magazínu Leonardo fyzik Tomáš Jungwirt.

Čeští vědci nejen ukázali, že je možné data ukládat do úplně nového typu materiálu. „Další z výhod je, že zápis do těchto materiálů může být až tisícinásobně rychlejší, než u klasických feromagnetů.“

„Klasický zápis do feromagnetu se dělá tak, že k němu přivedete cívku, ta vygeneruje magnetické pole a přepíše magnet, tedy změní 0 na 1 nebo opačně. U antiferomagnetů se atomové magnety střídají ve svém směru v krystalové mřížce menší než nanometr, a tady nám kvantová a relativistická fyzika dala návod, jak na to.“

Nakonec je prý samotná technika zápisu velmi jednoduchá. „Připojí se antiferomagentický krystal k obyčejné baterce, nechá se jím projít zapisovací proudový impuls a on se přepíše.“

Přestože vlastní princip je z fyzikálního hlediska nový a komplikovaný, tak z hlediska praktické realizace je velmi jednoduchý. Proto v našem výzkumu může pokračovat kdokoliv a zjišťovat, jaké by tyto paměti měly mít vlastnosti.
Tomáš Jungwirt

Celý proces vyžaduje znalosti z kvantové relativistické fyziky. „Je k tomu potřeba určitá symetrie krystalu. Pokud ji krystal má, tak se obyčejný elektrický proud rozdělí tak, že elektrony s jedním směrem vlastní cívky, tedy spinem, půjdou k jedněm atomům, druhé půjdou k druhým, a takto je přemagnetují.“

Čeští fyzikové při pokusech v laboratoři používají odvozeninu velmi dobře známého polovodiče galium arsenidu, po křemíku druhého nejvíc používaného polovodiče.

„V jeho mřížce jsme galium nahradili magnetickým atomem manganu. Když se ještě přidá měď a tyto tři komponenty jsou v poměru 1:1, tak vznikne správný antiferomagetnický krystal, který se chová navenek zcela nemagneticky, ale přitom má tu správnou symetrii, která umožní zápis.“

Součástka vyrobená z tohoto materiálu může fungovat ale jen tak rychle, jak rychlá jsou současná rozhraní v počítači, například USB, proto se také čeká na rychlejší technologie.

Na výzkumu se nyní bude podílet osm institucí. „Jde o grant, který jsme získali loni z Evropy. Je to konsorcium osmi partnerů včetně elektronické firmy, která na projektu spolupracuje od počátku a vývoj směřuje k aplikacím.“

„Teď se budeme pokoušet rozvinout tyto myšlenky dál směrem k neuronovým sítím, ultrarychlému zápisu a mnoha dalším polím aplikace,“ shrnul vyhlídky antiferomagnetických úložišť Tomáš Jungwirt.

autoři:Ondřej Čihák, Eva Kézrová, Josef Kluge
  • Věda
  • Zpráva
  • spintronika
  • paměťová úložiště