Изследователи от Германия за първи път демонстрираха възможността за съхраняване не на отделни битове, а на цели последователности от битове в цилиндрични магнитни области. Тези домейни са малки цилиндрични области с размер само около 100 нанометра в тънко магнитно поле. Технологията използва многослойни магнитни наноструктури за триизмерното съхраняване на данни, което далеч надхвърля плътността на запис на днешните твърди дискове. В допълнение към устройствата за памет, разработката открива перспективи за иновативни магнитни сензори и дори невронни мрежи.

Цилиндричният домейн, наричан още „мехурчест домейн“, е малка цилиндрична област в тънък магнитен слой. Нейните спинове (собствените моменти на импулса на електроните, които създават магнитния момент в материала) сочат в определена посока. Това създава намагнитване, което е различно от това на останалата част от средата.

„Представете си малък цилиндричен магнитен балон, който плува в море от противоположна намагнитеност“, казва професор Олав Хелвиг от Центъра Хелмхолц Дрезден-Розендорф (HZDR).

Учените са уверени, че тези магнитни структури могат да бъдат приложени в областта на спинтрониката.

Домейн стените са ключов елемент в тази структура. Те се образуват на границите на цилиндричните домени и представляват области, в които намагнитването променя посоката си. Именно тези области с променящо се намагнитване могат да се използват за кодиране на битове информация.

„Сегашните ни твърди дискове с ширина на пътечките от 30 до 40 нанометра и дължина на битовете от 15 до 20 нанометра съхраняват около един терабайт данни върху повърхност с размерите на пощенска марка. Работим, за да преодолеем това ограничение на плътността на данните, като разширяваме записа в третото измерение“, обяснява Хелвиг.

За да се преодолеят ограниченията на плътността на данните на днешните твърди дискове и да се разширят възможностите за 3D съхранение, екипът използва многослойни магнитни структури. Тези структури се състоят от редуващи се слоеве от кобалт и платина, разделени от слоеве от рутений. Слоевете са нанесени върху силициеви подложки, образувайки синтетична антиферомагнитна структура с вертикално намагнитване. При тази структура съседните блокове от слоеве имат противоположни посоки на намагнитване, което неутрализира намагнитването като цяло.

Дебелината на слоевете може да се контролира, което дава възможност да се управляват магнитните свойства на „мехурчетата“. Това дава възможност на домейните да съхраняват не само отделни битове, но и цели последователности от битове под формата на зависима от дълбочината посока на намагнитване на стените на домейна.

Освен за съхраняване на данни, технологията с многослойни магнитни наноструктури има потенциал и за други приложения в магнитоелектрониката, като например магниторезистивни сензори и спинтронни компоненти. Освен това тези сложни магнитни нанообекти ще позволят разработването на магнитни невронни мрежи, които биха могли да обработват информацията по-ефективно, подобно на човешкия мозък.