Журнал Компьютерра - Журнал «Компьютерра» N 45 от 05 декабря 2006 года

Новый способ записи цифровых данных на магнитный носитель предложила международная команда физиков, координируемая из Института металловедения в Штутгарте. Возможно, этот метод найдет применение в новых устройствах хранения информации, обладающих небывалой надежностью и плотностью записи.

В современных винчестерах один бит информации записывается путем намагничивания небольшой области на диске в том или ином направлении вдоль, а теперь и перпендикулярно его поверхности. Соседние биты заметно влияют друг на друга, что не позволяет сделать их слишком маленькими и ограничивает предельную плотность записи.

Однако у некоторых магнитомягких материалов (вроде пермаллоя в тонких квадратиках или кружочках размером менее микрона) намагниченность может принимать форму вихря. Такой вихрь закручен в плоскости пластинки либо по, либо против часовой стрелки. Но в самом его центре, в маленькой области с радиусом в два десятка атомов, магнитное поле ориентировано перпендикулярно поверхности и принимает максимальное для этого материала значение. Эта «магнитная игла» может быть направлена либо вверх, либо вниз. Ее направление естественно интерпретировать как логические ноль или единицу. Вихрь намагниченности чрезвычайно устойчив. Чтобы изменить направление намагниченности центра вихря, требуется приложить перпендикулярно поверхности сильное магнитное поле около половины тесла. А это почти на три порядка выше, чем к полей в современных устройствах хранения данных.

Но теперь ученые придумали способ «перевернуть» вихрь с помощью полей обычной силы и почти без затрат энергии. Для этого вихрь сначала заставляют «раскачиваться», приложив вдоль поверхности переменное поле с частотой 250 мегагерц. Оно не может ничего перевернуть, но в определенный момент амплитуду одного периода колебаний увеличивают на порядок так, чтобы на границе вихря возникла новая пара вихрь - антивихрь с противоположным направлением магнитной иглы. Антивихрь затем «аннигилирует» с первоначальным вихрем, и остается только один вихрь с перевернутой иглой.

Авторы считают, что новый способ переворота вихря нетрудно приспособить для записи информации. К сожалению, пока не очень понятно, как ее потом считывать, поскольку центральная область размером 10 нанометров слишком мала. Но если эта проблема будет решена, вихревая память вполне способна потеснить другие способы хранения данных. ГА

В Дельфтском технологическом университете (Нидерланды) впервые удалось изучить протекание тока через единственный атом примеси в кремниевом полевом транзисторе. Эта техника позволяет ученым выйти на новый уровень понимания физических процессов в современных электронных устройствах.

Как известно, чтобы придать кремнию нужные электронные свойства, в него добавляют атомы примесей. У этих атомов на внешней электронной оболочке либо на один электрон больше, либо, наоборот, меньше, чем у кремния, что позволяет получить либо электронную, либо дырочную проводимость материала. Атомы примесей случайным образом располагаются в кремнии, и эта случайность в последние годы уже создает проблемы. Дело в том, что размеры современных транзисторов так малы, что в них помещается лишь несколько десятков атомов примеси. Поэтому положение и состояние каждого отдельного атома начинает заметно влиять на электронные свойства всего транзистора. И даже идеально изготовленные совершенно одинаковые транзисторы ведут себя слишком по-разному.

Это заставило ученых начать подробное изучение поведения каждого отдельного атома примеси. Они взяли промышленный экземпляр нового полевого FinFET-транзистора, изготовленного по технологии «кремний на изоляторе». Его канал от истока к стоку имеет ширину всего 35 нанометров. Транзистор охладили до низкой температуры и подобрали напряжение на затворе так, чтобы ток протекал через единственный атом мышьяка, который использовался как примесь. А приложив внешнее магнитное поле, ученым удалось дополнительно наблюдать различные квантовые состояния электронов на атоме примеси.

Специалисты высоко оценили новую экспериментальную технику. Отдельные атомы примесей можно использовать в квантовых вычислениях, и, возможно, собранная информация будет полезна для полупроводниковых реализаций квантовых компьютеров. И хотя пока не ясно, как все же избавиться от разброса параметров нанотранзисторов, возможно, решение этой проблемы придет позже, вместе с детальным пониманием квантового поведения каждого атома примеси. ГА