Магнито-электрическая технология хранения данных: подробности

Магнитоэлектрический эффект (МЭ) заключается в возникновении намагниченности в материале под действием электрического поля и электрической поляризации под действием магнитного поля. Магнитоэлектрический эффект был теоретически предсказан еще Пьером Кюри и Луи Неелем, однако сами материалы с такими свойствами долгое время не удавалось обнаружить.

Теоретические работы Л.Д.Ландау, Е.М.Лифшица и И.Е.Дзялошинского помогли указать направление поиска таких материалов, и в 1960 году советским ученым Д.Н.Астровым был открыт первый магнитоэлектрический материал - хромит Cr₂O₃. За этим открытием последовал целый ряд работ, которые, однако, не привели к созданию практических применений МЭ эффекта - он был слишком мал.

Ситуация изменилась в связи с открытием в 2003 году т.н. гигантского магнитоэлектрического эффекта и эффекта гигантской магнитоемкости. Наконец появилась возможность говорить об использовании эффектов в различных электронных устройствах.

Британские ученые из Национальной физической лаборатории в Теддингтоне предложили новый вариант использования МЭ эффекта. Они разработали технологию считывания-записи информации с использованием композитных материалов.

Предложенный исследователями материал состоит из нескольких слоев материалов с различными магнитными и электрическими свойствами (проявляющих, в частности, ферроэлектрические, ферромагнитные или ферроупругие свойства). Многослойная композиция позволяла создать материал, обладающий очень высокой чувствительностью при детектировании магнитного поля (вплоть до 6 x 10^-7 Э) при комнатных температурах.

Ученые применили в своей разработке композицию из семи слоев материалов с общей толщиной около 40 нм. Им удалось значительно уменьшить размер детектирующего устройства и создать тем самым прототип считывающей головки. При перемещении над поверхностью магнитного материала в головке возникает потенциал порядка нескольких милливольт. Возможность использовать для считываения информации потенциал, а не ток, как это делается в современных устройствах, позволяет добиться большей температурной стабильности и сократить энергопотребления устройств хранения данных.

В новом варианте магнитной записи нет необходимости в создании горизонтального подмагничивающего поля с помощью постоянных магнитов, что значительно удешевит готовые устройства за счет исключения почти сотни операций в их производстве. Но наиболее важным результатом разработки британских ученых является всё же возможность увеличения плотности записи - при толщине слоев в головке порядка 40 нм можно достичь плотности 200 гигабит на квадратный дюйм, а если удастся достичь теоретического предела толщин в 5 нм, то и еще больше - свыше 1 терабита на квадратный дюйм.

Ученые продолжат разработку и поиск наиболее эффективных МЭ материалов. Работой заинтересовались производители считывающих устройств, которые совместно с учеными проведут технико-экономическое обоснование производства новых головок и разработают их конструкцию.