بهبود ذخیره‌سازی اطلاعات با کمک نانوذرات مغناطیسی

تحقیقات تازه فیزیک‌دانانی در آمریکا و آلمان فهم دقیقی از سازوکارهای تازه‌ای
فراهم می‌کند که‌ سوئیچ‌کردن نانوذرات مغناطیسی را بدون اعمال میدان مغناطیسی ممکن
می‌سازد. همچنین ممکن است منجر به تولید رایانه‌هایی شود که در نوشتن و ذخیره‌ کردن
اطلاعات دقت بالاتری دارند.

بود ماتیاس از آزمایشگاه ملی آرگان مربوط به وزارت انرژی آمریکا به همراه چهار
همکارش از دانشگاه هامبورگ، با استفاده از یک میکروسکوپ تونلی روبشی خاص که به یک
نوک مغناطیسی مجهز شده‌است یک جریان اسپینی را در طول یک ساختار کوچک مغناطیسی
ایجاد نمودند. آنها نشان دادند که جریان‌های اسپینی کوچک نمی‌تواند بر راستای
مغناطیسی این ساختار تأثیر گذارد، ولی بالارفتن جریان اسپین باعث تأثیر آن بر
راستای مغناطیسی می‌شود.
اکثر رایانه‌های امروزی از حافظه‌های دسترسی تصادفی پویا (DRAM) استفاده می‌کنند که
در آنها اطلاعات دیجیتالی دودویی، یا بیت، در یک خازن منفرد از یک مدار مجتمع ذخیره
می‌گردد. آزمایش‌های این محققان روی حافظه‌های دسترسی تصادفی با مقاومت مغناطیسی (MRAM)،
تمرکز کرده‌است. ذخیره‌سازی اطلاعات در این حافظه‌ها با استفاده از عناصر ذخیره
مغناطیسی متشکل از دو لایه فرومغناطیسی با یک فاصله غیر مغناطیسی انجام می‌شود. در
حالی که یکی از دو لایه در یک جهت ثابت قطبیده باقی می‌ماند، لایه دیگر از طریق
اعمال یک میدان مغناطیسی خارجی یا در جهت لایه بالا (برای نمایش “۰”) یا در خلاف
جهت آن (برای نمایش “۱”) قطبیده می‌شود.
به‌طور مرسوم، MRAMها با میدان‌های مغناطیسی سوئیچ می‌شوند. از زمانی که در نسل‌های
متوالی رایانه‌ها به‌منظور ذخیره اطلاعات بیشتر در یک سطح فیزیکی ثابت، اندازه بیت
کوچک و کوچک‌تر شده‌است، حساسیت آنها به اثرات میدان دور و یا نوشتن‌های غلط هم
بیشتر گردیده‌است. در این وضعیت میدان مغناطیسی ممکن است که به جای سوئیچ کردن بیت
هدف به اشتباه همسایه‌های آن را نیز سوئیچ کند. محققان با استفاده از میکروسکوپ
تونلی روبشی (STM) که دارای قابلیت فوق‌العاده‌ای در تفکیک ساختارها تا حد یک اتم
منفرد است، قادر ‌‌شدند که این اثر را حذف کنند.
بود و همکارانش اولین کسانی بودند که با یک STM -که داده‌هایی با تفکیک فضایی بالا
تولید می‌کند- چنین کاری را انجام دادند. بود می‌گوید: «اکنون اگر شما جریانی را در
طول این بیت تزریق کنید، هیچ جریانی در ساختار همسایه ایجاد نخواهد شد. این واقعاً
یک روش جایگزیده در نوشتن اطلاعات است». تفکیک بالای نوک STM دانشمندان را در یافتن
ناخالصی‌‌های موجود در ساختارهای ذخیره‌سازی مغناطیسی و مطالعه تأثیر آنها روی قطبش
آهنربا یاری می‌کند. این روش می‌تواند منجر به کشف یک ماده یا روشی گردد که سوئیچ
کردن بیت را بهتر می‌کند. بود می‌گوید: «اگر شما بفهمید که یک ناخالصی در سوئیچ
کردن ساختار می‌تواند مفید باشد، آنگاه با آلایش آهنربا با چنین ناخالصی‌ای می‌توانید
عمل سوئیچ را در جریان‌های کمتر ممکن ‌سازید».
نتایج این تحقیق در مجله Science و تحقیقات وابسته به آن در مجله Nature منتشر
شده‌است.