Инженеры разработали сверхпроводящую память на вихрях Абрикосова

Циклы перезаписи ячейки AVRAM

Изображение: T. Golod et al. / Nature Communications, 2015

Шведские физики из Университета Стокгольма разработали прототип сверхпроводящего элемента памяти, работающего на вихрях Абрикосова. По расчетам авторов, устройство обладает энергией чтения/записи бита информации порядка одного аттоджоуля, что в миллиард миллиардов раз меньше одного джоуля. Эта величина в несколько тысяч раз меньше, чем, например, у DRAM, использующейся в оперативной памяти. Исследование опубликовано в журнале Nature Communications.

Вихри Абрикосова образуются вокруг линий магнитного поля, проходящих сквозь обыкновенные (не сверхпроводящие) участки сверхпроводника. Каждый из них представляет собой сверхпроводящий ток, несущий в себе ровно один квант магнитного потока. Из-за своей природы, вихри предпочтительно образуются на различных дефектах или включениях в сверхпроводящих материалах. Размеры одного вихря зависят от внешних условий и могут достигать 10 нанометров

Принцип работы устройств AVRAM — памяти с произвольным доступом на основе вихрей Абрикосова — основывается на том, что ток через контакт двух сверхпроводников может меняться, в зависимости от того, есть ли рядом вихрь или нет. Ячейки памяти, предложенные авторами, являются своего рода «ловушками» для вихрей. Одна из них представляет собой Х-образную плоскую сверхпроводящую пластинку из ниобия, в центре которой находится искусственный дефект, на котором может закрепиться вихрь. С двух сторон от нее, на небольшом расстоянии, находятся сверхпроводящие ниобиевые контакты, используемые для чтения информации с пластинки. 

Когда «ловушка» захватывает вихрь, увеличивается электрическое сопротивление ячейки. Интересно отметить, что в AVRAM теоретически можно различить три типа состояний — «-1», «0» и «+1», однако для этого необходимо анализировать зависимость сопротивления от приложенного магнитного поля. В работе ученые использовали ее в однобитном режиме. Авторы продемонстрировали безошибочную работу ячейки в течение почти двух часов — на протяжении этого времени каждые полсекунды в контакт записывали нули и единицы. 

Главным применением такой памяти могут быть высокопроизводительные компьютеры и компьютеры на сверхпроводящих элементах (например, квантовые). По расчетам экспертов, энергопотребление системы с производительностью в один эксафлопс (в тридцать раз выше, чем у самого производительного суперкомпьютера — «Тяньхэ-2») составит 100 мегаватт, поэтому сокращение энергопотребления — одна из задач, над которой работают ученые. Кроме того, AVRAM может увеличить скорость работы оперативной памяти таких компьютеров. Время записи одного бита в ячейку памяти, по оценкам авторов, составляет одну наносекунду и ограничено скоростью передачи электрических импульсов.

Владимир Королёв

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.