Сегнетоэлектрики увеличат плотность записи информации в 100 раз

Карта поляризации сегнетоэлектрика до и после облучения электронным пучком высокой энергии. Снимок сделан с помощью просвечивающего электронного микроскопа

Z. Chen et al. / Phys. Rev. Lett., 2016

Физики из университетов Сиднея и Вулонгонга разработали метод, позволяющий бесконтактно переключать поляризацию в отдельных доменах сегнетоэлектрика. По словам авторов, это позволит по меньшей мере в сто раз увеличить плотность записи информации по сравнению с современными устройствами. Исследование опубликовано в журнале Physical Review Letters, кратко о нем сообщает Physics.

Сегнетоэлектрики — материалы, внутри которых может возникать и поддерживаться диэлектрическая поляризация. Это явление обычно связано с существованием внутри диэлектриков (непроводящих материалов, например, пластика) электрического поля, направленного в противоположном направлении, по отношению ко внешнему полю. В сегнетоэлектриках это поле может поддерживаться даже после отключения внешнего поля.

Память на основе тонких слоев сегнетоэлектриков основана на том, что эти материалы можно разбить на небольшие домены, поляризация внутри которых может быть независима от поляризации в окружающем веществе. Для кодирования в доменах нулей и единиц поляризацию можно направлять вверх или вниз внутри слоя. Одной из главных проблем технологии является отсутствие надежного метода записи информации — изменения поляризации домена. 

В существующих методиках для записи информации в домен необходимо прикоснуться к нему острой заряженной иглой. Это создает сильное электрическое поле, меняющее поляризацию в материале. Вместе с тем, физическое прикосновение повреждает тонкий слой сегнетоэлектрика или иглу, что со временем ухудшает работоспособность элемента памяти.

В новой работе авторы предложили переключать поляризацию в сегнетоэлектрическом домене без физического контакта с ним. По словам ученых, для этого можно использовать электронные пучки, например, слетающие с острия металлической иглы. В теории, таким образом можно работать с доменами размером в пять нанометров — в десять раз меньше, чем в современных коммерчески доступных устройствах. Это соответствует стократному росту плотности записи информации.

Ученые продемонстрировали методику на тонких кристаллах манганита иттрия (YMnO3). Поляризация в них может быть направлена в одном из двух направлений. В качестве источника электронов авторы использовали 200-нанометровый пучок просвечивающего электронного микроскопа с повышенной энергией. Электроны, проходя сквозь материал, создавали интенсивное электрическое поле, которое было направлено от центра пучка. Его силы было достаточно для того, чтобы поменять поляризацию в одном домене, поляризация которого изначально была направлена против поля, создаваемого пучком. По словам физиков, поляризация сохранялась даже через месяц после «записи информации». 

Как отмечают авторы, для того, чтобы воплотить методику в жизнь, потребуется создать миниатюрные источники электронных пучков. Другая проблема, которую подчеркивает Такао Мацумото, независимый эксперт из Университета Токио, не переключится ли поляризация соседнего домена вместе с тем, куда происходит запись информации. Физики считают, что даже если технологию не удастся использовать для записи информации, новые методики позволят лучше изучить сегнетоэлектрики и поведение их доменов.

С развитием техники и миниатюризацией компьютеров происходит рост плотности записи информации. На современных магнитных носителях, таких как HDD, существует фундаментальный предел плотности записи — минимальный размер магнитного домена. Для того, чтобы его обойти ученые ищут другие носители информации. К примеру, хранить данные можно в ДНК — недавно в ее молекулах записали около 200 мегабайт данных. Но и в традиционных магнитных материалах еще есть потенциал роста — использование ячеек, способных находиться в одном из шести, а не двух состояний.

Владимир Королёв

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl+Enter.