Исследователи разрабатывают новый способ управления магнитами

Обратимая система может изменять магнитную ориентацию частиц с помощью небольшого напряжения. Работа будет полезна при разработке более быстрых носителей данных датчиков меньших размеров.

Большинство магнитов, с которыми мы сталкиваемся ежедневно, сделаны из "ферромагнитных" материалов. Магнитные оси север-юг большинства атомов в этих веществах выстроены в одном направлении, поэтому их коллективная сила достаточно высока, чтобы вызвать значительное притяжение. Эти материалы составляют основу большинства устройств хранения данных в современном мире высоких технологий.

Реже встречаются магниты на основе ферримагнитных материалов с буквой "i". В них одни атомы выровнены в одном направлении, а другие направлены прямо противоположным образом. В результате общее магнитное поле, которое они создают, зависит от баланса между двумя типами — если больше атомов направлено в одну сторону, чем в другую, эта разница создает чистое магнитное поле в этом направлении.

В принципе, из-за того, что на их магнитные свойства сильно влияют внешние силы, ферримагнетики должны иметь возможность создавать хранилища данных или логические схемы, которые работают намного быстрее и могут упаковывать больше данных в заданное пространство, чем современные традиционные ферромагнетики. Но до сих пор не существовало простого, быстрого и надежного способа переключения ориентации этих магнитов, чтобы переключиться с 0 на 1 на устройстве хранения данных.

Исследователи из Массачусетского технологического института и других организаций разработали такой метод — способ быстрого переключения магнитной полярности ферримагнетика на 180 градусов с использованием лишь небольшого приложенного напряжения. По словам исследователей, открытие может ознаменовать новую эру ферримагнитной логики и устройств хранения данных. Результаты опубликованы в журнале Nature Nanotechnology.

Исследователи разрабатывают новый способ управления магнитами

Источник: MIT.

Эта диаграмма иллюстрирует структуру устройств, предназначенных для переключения на 180 градусов суммарной намагниченности путем подачи напряжения.

В новой системе используется пленка из материала под названием гадолиний-кобальт, входящего в класс материалов, известных как ферримагнетики из редкоземельных переходных металлов. В нем два элемента образуют взаимосвязанные решетки атомов, причем атомы гадолиния предпочтительно имеют свои магнитные оси, ориентированные в одном направлении, в то время как атомы кобальта указывают в противоположном направлении. Баланс между ними в составе сплава определяет общую намагниченность материала.

Но исследователи обнаружили, что, используя напряжение для разделения молекул воды вдоль поверхности пленки на кислород и водород, кислород может быть удален, в то время как атомы водорода — или, точнее, их ядра, которые являются отдельными протонами, — могут глубоко проникать в материал, и это изменяет баланс магнитных ориентаций. Этого изменения достаточно, чтобы переключить чистую ориентацию магнитного поля на 180 градусов — именно такой полный оборот необходим для таких устройств, как магнитная память.

По словам одного из руководителей работы, поскольку это изменение достигается просто изменением напряжения, а не приложенным электрическим током, который может вызвать нагрев и, следовательно, потерю энергии из-за рассеивания тепла, этот процесс очень энергоэффективен.

Вы могли бы подумать, что если вы возьмете какой-то материал и закачаете в него другие атомы или ионы, вы его расширите и расколите. Но в силу того факта, что протон является таким маленьким объектом, он может проникнуть в основную часть этого материала, не вызывая структурной усталости, которая приводит к разрушению. Эта стабильность была доказана в ходе изнурительных испытаний. По словам ученых, материал был подвергнут 10 000 изменениям полярности без каких-либо признаков деградации.

Исследователи разрабатывают новый способ управления магнитами

Источник: MIT.

Стрелки указывают намагниченности массивов атомов гадолиния (красный) и кобальта (синий) в решетке. Подача напряжения на электроды вверху (желтые пятна) загружает водород в магнитный материал, который изменяет относительную величину намагниченности под ним, меняя направление общего магнитного поля в этой области.

По словам исследователей, этот материал обладает дополнительными свойствами, которые могут найти полезное применение. Они объясняют, что магнитное выравнивание между отдельными атомами в материале работает как пружина. Если один атом начинает выходить из равновесия с другими, эта пружинная сила тянет его назад. А когда объекты соединяются пружинами, они имеют тенденцию генерировать волны, которые могут перемещаться по материалу.

Фактически, они могут колебаться вверх до терагерцового диапазона, что делает их уникальными, способными генерировать или воспринимать очень высокочастотное электромагнитное излучение. Не многие материалы на это способны.

Относительно простые применения этого явления в виде датчиков могут быть возможны в течение нескольких лет, но более сложные, такие как схемы данных и логические схемы, потребуют больше времени, отчасти потому, что вся область технологии на основе ферримагнетиков относительно новый.

Читайте также

Гуманоидный робот Nucleus отработал почти два часа на заводе — но 40% времени им управлял человек

Гуманоидный робот Nucleus отработал почти два часа на заводе — но 40% времени им управлял человек

«Вечные» датчики хотят питать от ядерных алмазных батарей — менять их годами не придется

«Вечные» датчики хотят питать от ядерных алмазных батарей — менять их годами не придется

«Рыба судного дня» подсказала ученым конструкцию бесшумного подводного робота

«Рыба судного дня» подсказала ученым конструкцию бесшумного подводного робота

Домашнего робота Flourish 1 можно обучить уборке за полчаса — он стоит около 290 тысяч рублей

Домашнего робота Flourish 1 можно обучить уборке за полчаса — он стоит около 290 тысяч рублей

Ученые создали софт для расчета давления одежды на цифровом аватаре

Ученые создали софт для расчета давления одежды на цифровом аватаре

Ученые СурГУ превратили нефтяные отходы в углерод 97%-й чистоты

Ученые СурГУ превратили нефтяные отходы в углерод 97%-й чистоты

Робот ALBATROSS падает с высоты 150 метров, превращается в парусник и плывет дальше

Робот ALBATROSS падает с высоты 150 метров, превращается в парусник и плывет дальше

Ученые создали обои, которые вырабатывают электричество из влажности воздуха

Ученые создали обои, которые вырабатывают электричество из влажности воздуха

Из лабораторий — на работу: 7 компаний, создающих человекоподобных роботов для реального мира

Из лабораторий — на работу: 7 компаний, создающих человекоподобных роботов для реального мира

Почему роботы умеют делать сальто, но до сих пор не могут нормально сложить рубашку

Почему роботы умеют делать сальто, но до сих пор не могут нормально сложить рубашку

90 млн лет назад на Южном полюсе бушевали лесные пожары

90 млн лет назад на Южном полюсе бушевали лесные пожары

Электромобили с самым большим запасом хода в 2026 году: от Lucid Air до Mercedes-Benz EQS

Электромобили с самым большим запасом хода в 2026 году: от Lucid Air до Mercedes-Benz EQS

NASA готовит роботов для работы на будущих базах на Луне и Марсе

NASA готовит роботов для работы на будущих базах на Луне и Марсе

Perseverance отправился на «Дикий Запад» Марса — там находятся одни из древнейших пород планеты

Perseverance отправился на «Дикий Запад» Марса — там находятся одни из древнейших пород планеты

Huawei представила Mate 90 RS Ultimate Design с 2 ТБ памяти и ценой около 220 тысяч рублей

Huawei представила Mate 90 RS Ultimate Design с 2 ТБ памяти и ценой около 220 тысяч рублей

На орбите Луны испытают будущий дата-центр для искусственного интеллекта

На орбите Луны испытают будущий дата-центр для искусственного интеллекта