De nouvelles recherches ont montré qu'un type exotique de comportement magnétique découvert il y a quelques années à peine est très prometteur en tant que moyen de stockage de données, un moyen qui pourrait surmonter les limites fondamentales qui pourraient autrement marquer la fin de la « loi de Moore, " qui décrit les améliorations continues du calcul et du stockage des données au cours des dernières décennies.

Plutôt que de lire et d'écrire des données bit par bit en changeant l'orientation des particules magnétisées sur une surface, comme le font les disques magnétiques d'aujourd'hui, le nouveau système utiliserait de minuscules perturbations dans l'orientation magnétique, qui ont été surnommés "skyrmions". Ces particules virtuelles, qui se produisent sur un film métallique mince pris en sandwich contre un film de métal différent, peut être manipulé et contrôlé à l'aide de champs électriques, et peut stocker des données pendant de longues périodes sans avoir besoin d'un apport d'énergie supplémentaire.

En 2016, une équipe dirigée par Geoffrey Beach, professeur agrégé de science et d'ingénierie des matériaux au MIT, a documenté l'existence de skyrmions, mais les emplacements des particules sur une surface étaient entièrement aléatoires. Maintenant, Beach a collaboré avec d'autres pour démontrer expérimentalement pour la première fois qu'ils peuvent créer ces particules à volonté dans des endroits spécifiques, qui est la prochaine exigence clé pour les utiliser dans un système de stockage de données. Un système efficace de lecture de ces données sera également nécessaire pour créer un système commercialisable.

Les nouveaux résultats sont rapportés cette semaine dans le journal Nature Nanotechnologie , dans un article de Beach, Post-doctorant MIT Felix Buettner, et étudiant diplômé Ivan Lemesh, et 10 autres au MIT et en Allemagne.

Le système se concentre sur la région limite entre les atomes dont les pôles magnétiques pointent dans une direction et ceux dont les pôles pointent dans l'autre sens. Cette région limite peut se déplacer d'avant en arrière dans le matériau magnétique, dit la plage. Ce que lui et son équipe ont découvert il y a quatre ans, c'est que ces régions limites pouvaient être contrôlées en plaçant une deuxième feuille de métal lourd non magnétique très près de la couche magnétique. La couche non magnétique peut alors influencer la couche magnétique, avec des champs électriques dans la couche non magnétique poussant autour des domaines magnétiques dans la couche magnétique. Les skyrmions sont de petits tourbillons d'orientation magnétique à l'intérieur de ces couches, Plage ajoute.

La clé pour pouvoir créer des skyrmions à volonté dans des endroits particuliers, il s'avère, réside dans les défauts matériels. En introduisant un type particulier de défaut dans la couche magnétique, les skyrmions sont épinglés à des endroits spécifiques de la surface, l'équipe a trouvé. Ces surfaces avec des défauts intentionnels peuvent ensuite être utilisées comme surface d'écriture contrôlable pour les données encodées dans les skyrmions. L'équipe a réalisé qu'au lieu d'être un problème, les défauts du matériau pourraient en fait être bénéfiques.

"L'une des plus grandes pièces manquantes" nécessaire pour faire de skyrmions un support de stockage de données pratique, Plage dit, était un moyen fiable de les créer quand et où ils étaient nécessaires. "C'est donc une percée importante, " il explique, grâce au travail de Buettner et Lemesh, les principaux auteurs de l'article. "Ce qu'ils ont découvert était un moyen très rapide et efficace d'écrire" de telles formations.

Parce que les skyrmions, essentiellement de petits tourbillons de magnétisme, sont incroyablement stables aux perturbations externes, contrairement aux pôles magnétiques individuels dans un dispositif de stockage magnétique conventionnel, les données peuvent être stockées en n'utilisant qu'une infime zone de la surface magnétique, peut-être seulement quelques atomes de diamètre. Cela signifie que beaucoup plus de données pourraient être écrites sur une surface d'une taille donnée. C'est une qualité importante, La plage explique, parce que les systèmes magnétiques conventionnels atteignent maintenant les limites fixées par la physique de base de leurs matériaux, potentiellement mettre un terme à l'amélioration continue des capacités de stockage qui sont à la base de la loi de Moore. Le nouveau système, une fois perfectionné, pourrait fournir un moyen de poursuivre cette progression vers un stockage de données toujours plus dense, il dit.

Le système pourrait également potentiellement coder des données à des vitesses très élevées, le rendant efficace non seulement comme substitut aux supports magnétiques tels que les disques durs, mais même pour les systèmes de mémoire beaucoup plus rapides utilisés dans la mémoire vive (RAM) pour le calcul.

Mais ce qui manque encore, c'est un moyen efficace de lire les données une fois qu'elles ont été stockées. Cela peut être fait maintenant en utilisant la spectroscopie magnétique à rayons X sophistiquée, mais cela nécessite un équipement trop complexe et coûteux pour faire partie d'un système de mémoire informatique pratique. Les chercheurs prévoient d'explorer de meilleures façons de récupérer les informations, qui pourrait être pratique à fabriquer à grande échelle.

Le spectrographe à rayons X est "comme un microscope sans lentilles, " Buettner explique, donc l'image est reconstruite mathématiquement à partir des données collectées, plutôt que physiquement en courbant les faisceaux lumineux à l'aide de lentilles. Des lentilles pour les rayons X existent, mais ils sont très complexes, et coûte 40 $, 000 à 50 $, 000 chacun, il dit.

Mais une autre façon de lire les données peut être possible, en utilisant une couche métallique supplémentaire ajoutée aux autres couches. En créant une texture particulière sur ce calque ajouté, il peut être possible de détecter des différences de résistance électrique de la couche selon qu'un skyrmion est présent ou non dans la couche adjacente. "Il ne fait aucun doute que cela fonctionnerait, " Buettner dit, il s'agit simplement de déterminer le développement technique nécessaire. L'équipe poursuit cette stratégie et d'autres stratégies possibles pour répondre à la question de la lecture.