Исследователи немецкого центра HZB им.Гельмгольца в Берлине и французского исследовательского фонда CNRS на юге Парижа, для долговременного хранения данных используют электрические поля для воздействия на спин (одно из свойств электронов). Эти принципы хранения информации не только позволяют улучшить устройства оперативной памяти в компьютерах, но и могут привести к революционным изменениям в следующих поколениях электронных устройств.
В новом типе памяти используется физический эффект, который называется «туннельное магнитосопротивление» (TMR). Два тонких слоя магнитных материалов разделены слоем изоляции толщиной в одну миллионную долю миллиметра. Несмотря на то, что через эту изоляцию электроны не могут проходить, все же некоторые носители заряда как бы проскальзывая через туннель, перетекают с одной стороны на другую. Причины такого поведения зарядов лежат в квантовой природе носителей. Используется и еще одно свойство электронов – собственный момент вращения, которое в физике элементарных частиц называют «спин». Условно различают электроны с «правым» или «левым» спином или в английской нотации “Up” и “Down”.
При одинаковой ориентации спинов электронов в материале одного магнитного слоя и противоположной ориентации спинов другого магнитного слоя, в изоляционном слое такого «сэндвича» устойчиво возникает туннельный переход электронов. Такой элемент может использоваться как для построения быстродействующих устройств оперативной памяти, так и устройств долговременного хранения информации.
Устройства оперативной памяти, основанные на эффекте TMR, называются MRAM. Основной их недостаток – для записи информации нужны относительно сильные магнитные поля, и соответственно, большая энергия. Но эту проблему можно преодолеть, как показали Винсент Гарсия и Мануэль Байбес, исследователи из французского центра CNRS. Они изготовили изолятор на основе соединений титаната бария. Изучение свойств химического состава магнитных слоев этого «сэндвича», Сергио Валенсия и Флориан Кронаст в немецком центре HZB выполняли методом абсорбционной рентгеновская спектроскопии.
Исследователи применили электрическое поле для ориентации спина электронов в магнитных слоях и использования туннельного эффекта в изоляционном слое. Установлено, что после отключения внешнего воздействия состояние изоляционного слоя не изменяется. На основе этой модели могут быть построены устройства памяти для персональных компьютеров с очень малым потреблением энергии.
