Η μαγνητικές μνήμες RAM κοβαλτίου αποδεικνύεται πως είναι καλύτερες, αλλά χρειάζεται ακόμη αρκετός χρόνος για να εξελιχθεί η παρούσα τεχνολογία, αντικαθιστώντας την υπάρχουσα με επιτυχία.
Η μαγνητική αποθήκευση είναι καλή για μακροπρόθεσμη χρήδη, επειδή είναι φθηνή και σταθερή – σε αντίθεση με τους στερεούς δίσκους και την πτητική μνήμη, τα οποία είναι γρήγορα, αλλά ακριβότερα για προσωρινή αποθήκευση. Νέα έρευνα μπορεί να οδηγήσει σε μια μέθοδο που συνδυάζει τα καλύτερα και των δύο κόσμων.
Το κύριο πρόβλημα με τη μαγνητική αποθήκευση είναι ότι τείνει να απαιτεί ένα φορτισμένο πηνίο που πρέπει φυσικά να μετακινηθεί στη θέση του δίσκου που χρειάζεται για να γράψει και να αλλάξει άμεσα την κατεύθυνση της μαγνήτισης. Η αποθήκευση σε στερεά κατάσταση επιτρέπει στο σύστημα αρχείων να γράφει σε οποιοδήποτε σημείο των πολλών gigabytes του αμέσως. Είναι σαν τη διαφορά μεταξύ της καταγραφής μιας διεύθυνσης και της οδήγησης σε αυτήν.
Αλλά αν η μαγνητική αποθήκευση μπορούσε να αποθηκευτεί ως διευθυνσιοκύτταρα, θα ήταν γρήγορο αλλά με αρκετά τεχνικά προβλήματα που απαιτούν επίλυση για να θεωρηθεί αξιόπιστη.
Αναστροφή μαγνητισμού χωρίς πηνία.
Στις παραδοσιακές τεχνολογίες αποθήκευσης μαγνητικών δεδομένων, χρησιμοποιούνται φορείς ταινίας ή δίσκων δεδομένων επικαλυμμένοι με κράμα κοβαλτίου. Ένα πηνίο μεταφοράς ρεύματος παράγει ένα μαγνητικό πεδίο που αλλάζει την κατεύθυνση της μαγνήτισης σε ένα μικρό τμήμα του φορέα δεδομένων. Σε σύγκριση με τις ταχύτητες των σύγχρονων επεξεργαστών, η διαδικασία αυτή είναι πολύ αργή και η ηλεκτρική αντίσταση των πηνίων οδηγεί σε απώλεια ενέργειας. Θα ήταν λοιπόν πολύ καλύτερα αν μπορούσαμε να αλλάξουμε την κατεύθυνση μαγνητίσεως απευθείας, χωρίς να κάνουμε παράκαμψη μέσω μαγνητικών πηνίων.
Το 2011, η Gambardella και οι συνεργάτες του απέδειξαν ήδη μια τεχνική που θα μπορούσε να κάνει ακριβώς αυτό: Ένα ηλεκτρικό ρεύμα που διέρχεται από μια ειδικά επικαλυμμένη μεμβράνη ημιαγωγών ανέτρεψε το μαγνητισμό σε μια μικροσκοπική μεταλλική κουκίδα.
Αυτό γίνεται εφικτό από ένα φυσικό φαινόμενο που ονομάζεται περιστροφή-τροχιά-ροπή. Με αυτό το αποτέλεσμα, ένα ρεύμα που ρέει σε έναν αγωγό οδηγεί σε συσσώρευση ηλεκτρονίων με αντίθετη μαγνητική ροπή (στροφές) στα άκρα του αγωγού. Το ηλεκτρόνιο περιστρέφεται, με τη σειρά του, δημιουργεί ένα μαγνητικό πεδίο που προκαλεί τα άτομα σε ένα κοντινό μαγνητικό υλικό και αλλάζει τον προσανατολισμό των μαγνητικών στιγμών τους. Σε μια νέα μελέτη, οι επιστήμονες έχουν διερευνήσει τώρα πώς λειτουργεί αυτή η διαδικασία λεπτομερώς και πόσο γρήγορη είναι. Τα αποτελέσματα δημοσιεύθηκαν πρόσφατα στο επιστημονικό περιοδικό Nature Nanotechnology.
Χωρική ανάλυση με ακτίνες Χ.
Στο πείραμά τους, οι ερευνητές ανέτρεψαν τη μαγνητισμό μιας κουκκικής κορυφής που είχε διάμετρο μόλις 500 νανόμετρα χρησιμοποιώντας παλμούς ηλεκτρικού ρεύματος που ρέει μέσα από ένα γειτονικό σύρμα πλατίνας. Κατά τη διάρκεια αυτής της διαδικασίας, εξέθεσαν τη στίβα του κοβαλτίου σε εστιασμένες ακτίνες Χ που δημιουργήθηκαν στην ελβετική πηγή φωτός του PSI. Οι ακτίνες Χ σάρωσαν τη κουκίδα διαδοχικά με χωρική ανάλυση 25 νανόμετρα. Πόσο ισχυρή είναι η ακτίνα που απορροφά τις ακτίνες Χ σε ένα συγκεκριμένο σημείο εξαρτάται από την τοπική κατεύθυνση της μαγνήτισης.
«Με αυτόν τον τρόπο αποκτήσαμε μια δισδιάστατη εικόνα της μαγνήτισης μέσα στο σημείο κοβαλτίου και μπορούσαμε να προσέξουμε καθώς ο σημερινός παλμός άλλαξε βαθμιαία», εξηγεί ο Manuel Baumgartner, κύριος συγγραφέας της μελέτης και διδακτορικός φοιτητής στην ερευνητική ομάδα του Gambardella.
Οι ερευνητές μπορούσαν επομένως να παρατηρήσουν ότι η αντιστροφή μαγνητισμού συνέβη σε λιγότερο από ένα νανοδευτερόλεπτο – πολύ ταχύτερα από ό, τι σε άλλες τεχνικές που μελετήθηκαν πρόσφατα. «Επιπλέον, μπορούμε τώρα να προβλέψουμε με βάση τις πειραματικές παραμέτρους πότε και πού αρχίζει η αντιστροφή μαγνητισμού και πού τελειώνει», προσθέτει ο Gambardella. Σε άλλες τεχνικές η αντιστροφή οδηγείται επίσης από ένα ηλεκτρικό ρεύμα, αλλά προκαλείται από θερμικές διακυμάνσεις στο υλικό, γεγονός που προκαλεί μεγάλες διακυμάνσεις στον χρόνο της αναστροφής.
Πιθανή εφαρμογή σε μνήμες RAM.
Οι ερευνητές έστειλαν μέχρι ένα τρισεκατομμύριο παλμούς αναστροφής μέσω της κηλίδος κοβαλτίου σε συχνότητα 20 MHz χωρίς να παρατηρήσουν οποιαδήποτε μείωση στην ποιότητα της αναστροφής μαγνητισμού. «Αυτό μας δίνει την ελπίδα ότι η τεχνολογία μας θα πρέπει να είναι κατάλληλη για εφαρμογές σε μαγνητικές μνήμες RAM», λέει ο πρώην postdoc Gambardella Kevin Garello, επίσης κύριος συγγραφέας της μελέτης. Ο Garello εργάζεται τώρα στο ερευνητικό κέντρο IMEC στο Leuven, Βέλγιο, διερευνώντας την εμπορική υλοποίηση της τεχνικής.
Σε ένα πρώτο βήμα, οι ερευνητές θα ήθελαν τώρα να βελτιστοποιήσουν το υλικό τους προκειμένου να κάνουν την εργασία αναστροφής ακόμα πιο γρήγορα και σε μικρότερα ρεύματα. Μια επιπλέον δυνατότητα είναι η βελτίωση του σχήματος των κουκάλων κοβαλτίου. Προς το παρόν, αυτά είναι κυκλικά, αλλά άλλα σχήματα, όπως ελλείψεις ή διαμάντια, θα μπορούσαν να κάνουν την αντιστροφή μαγνητισμού ακόμη πιο αποτελεσματική, λένε οι ερευνητές. Οι μαγνητικές μνήμες RAM θα μπορούσαν, μεταξύ άλλων, να κάνουν την φόρτωση του λειτουργικού συστήματος κατά την εκκίνηση ενός υπολογιστή απαρχαιωμένη – τα σχετικά προγράμματα θα παραμείνουν στη μνήμη εργασίας ακόμη και όταν η συσκευή είναι απενεργοποιημένη.
