www.gcs.ru
+7(495) 729-51-70 (ГКС)
Инновации хранения данных IBM
Как инновации в хранении информации помогают расти?

Лазерная спинтроника ускорит СХД в 20 раз

Систематика-IBM
мобильная версия
, Текст: Михаил Левкевич

Ученые продемонстрировали возможность создания сверхбыстрых накопителей данных на основе технологий спинтроники. Хранилища со скоростью доступа в фемтосекунды могут произвести революцию в системах хранения данных (СХД).


Доказана возможность существования

Международная группа ученых, в которую входили и специалисты из России, провела в Университете Неймегена (Нидерланды) эксперимент, который доказал возможность реализации управления спинами электронов с помощью лазерных импульсов. Это открывает дорогу для создания СХД со скоростью доступа к данным в фемтосекунды (10-15 секунды). Во время эксперимента удалось продемонстрировать скорость доступа в 20 тыс. раз большую, чем у жестких дисков.

Спинтроника для определения информации в ячейке памяти использует спин электрона — собственный момент импульса элементарной частицы. Можно представить это как «направление» электрона, при этом сам электрон в пространстве не перемещается, как в случае с классической электроникой.

Направление спина может выполнять ту же функцию, что и обычная магнитная запись, как в жестких дисках, поскольку хоть он и не связан с реальным вращением электрона, но меняет его магнитные свойства.

Вектор спина можно менять намного быстрее, чем намагниченность в ячейках жесткого диска. Также спинтроника потребляет ничтожно мало энергии и не нуждается в мощном охлаждении.

Схема управления спинами электронов с помощью лазерных импульсов (фото Университета Неймегена, 2016)

Это означает, что СХД на основе спинтроники будут обладать невероятным быстродействием, смогут обойтись без дорогостоящих систем охлаждения и будут питаться от относительно маломощных возобновляемых источников энергии, например солнечных панелей. Ожидается, что в силу перечисленных причина коммерческая эффективность таких систем будет намного выше существующих.

Проблемы управления

К сожалению, до сих пор управление вектором спина является проблемой, как и любое другое высокоточное воздействие на квантовые состояния. Но 10 лет назад ученые обнаружили, что лазерные импульсы могут управлять спинами электронов и это можно использовать для записи/чтения данных.

Это была хорошая новость, но до сих пор считалось, что лазеры не работают с колебаниями электронов меньшими, чем длина их собственной волны. Это значит, что невозможно управлять магнитными ячейками спинтроники размером в один нанометр (одна миллионная доля миллиметра) с фемтосекундными скоростями. Таким образом, до сих пор спинтроника представляла лишь теоретический интерес и не могла продемонстрировать преимущества в быстродействии.

Спинтроника для определения информации в ячейке памяти использует спин электрона

В новом исследовании ученые выяснили, что предположение об ограничении по длине волны было ошибочным. В ходе реальных экспериментов ученые смогли менять состояние магнитных ячеек размером 1 нанонметр каждые 45 фемтосекунд — это как раз в 20 тыс. раз быстрее изменения магнитных ячеек в HDD. Из эксперимента следует, что будущие спинтронные устройства смогут работать с тактовой частотой 22 ТГц — в 1 тыс. раз быстрее тактовых частот современных компьютеров. При этом спинтроника будет иметь меньшие габариты и энергопотребление.

Перспективы СХД

Открытие ученых представляет не только научный интерес в плане изучения магнитных материалов в режиме реального времени. Сегодня технический прогресс быстро осваивает достижения теоретической физики, а лазерная система управления вектором спина электрона — самый простой вариант реализации спинтроники. Таким образом, в ближайшие десятилетия лазерная спинтроника может совершить революцию в системах хранения. Максимальную выгоду от нее получат компании, которые не игнорируют прогресс в области больших данных, а учатся извлекать выгоду из анализа больших данных.