Los científicos de la Universidad Federal del Lejano Oriente (FEFU) con colaboradores internacionales han propuesto la escritura magnética directa de skyrmions, es decir., cuasipartículas magnéticas, y celosías skyrmion, dentro del cual es posible codificar, transmitir, procesar información y producir patrones topológicos con una resolución inferior a 100 nanómetros. Esto tiene aplicaciones para electrónica post-silicio miniaturizada, nuevas técnicas de criptografía topológica y centros de datos ecológicos, potencialmente reduciendo significativamente la carga sobre el ecosistema de la Tierra. Aparece un artículo relacionado en ACS Nano .

Los equipos científicos internacionales están buscando intensamente materiales y enfoques alternativos para reemplazar los dispositivos electrónicos de silicio basados ​​en la tecnología CMOS (semiconductores complementarios de óxido de metal). El mayor inconveniente de esta tecnología es el tamaño de los transistores contemporáneos basados ​​en ella. La imposibilidad física de miniaturizarlos aún más podría obstaculizar el desarrollo futuro de la industria electrónica.

Los materiales magnéticos de película delgada con capas de uno a varios nanómetros de espesor comprenden alternativas prometedoras a los transistores CMOS. Dentro de estos materiales, skyrmions, estructuras magnéticas no triviales, se forman bajo ciertas condiciones.

En el estudio, los investigadores afirman que han diseñado matrices estables compactas de skyrmions utilizando el campo magnético local de una sonda de microscopio de fuerza magnética para afectar una estructura magnética de película delgada.

Por lo tanto, el equipo fue pionero en nanolitografía topológica, obteniendo patrones topológicos a nanoescala donde cada skyrmion individual actúa como un píxel, como en la fotografía digital. Tales píxeles skyrmion no son visibles en el rango óptico, y para decodificarlos o crearlos se requiere un microscopio de fuerza magnética.

"Los Skyrmions impulsados ​​por pulsos de corriente se pueden utilizar como elementos básicos para imitar el potencial de acción de las neuronas biológicas para crear chips neuromórficos. Las matrices de chips con cada elemento neuronal diminuto que se comunica con otro mediante skyrmions en movimiento e interactuando tendrán una eficiencia energética y una alta poder computacional, "dice el vicepresidente de investigación de FEFU, Alexander Samardak, uno de los autores del artículo. "Otro campo interesante es la criptografía visual o topológica. En ese caso, un mensaje está encriptado como un patrón topológico, que es un conjunto de skyrmions ordenados. Descifrar tal mensaje requerirá, primero, conocimiento de las coordenadas de la imagen a nanoescala y, segundo, la disponibilidad de equipo especial, como un microscopio de fuerza magnética con alta sensibilidad a los campos perdidos de skyrmions. Intentar piratear el mensaje con parámetros seleccionados incorrectamente para leer la imagen topológica conducirá a su destrucción. En la actualidad, se pueden registrar aproximadamente 25 MB de información en un milímetro cuadrado de una película delgada magnética. Al reducir el tamaño de los skyrmions a 10 nm, una capacidad de 2,5 Gb / mm ² puede lograrse."

Una limitación del enfoque es la velocidad de grabación de información con campos magnéticos de puntos locales. Todavía es muy lento lo que frena el enfoque de la implementación masiva.

Alexander Samardak dijo que el equipo aprendió a regular el tamaño y la densidad del empaque de skyrmion, controlar el paso de exploración (una distancia entre dos líneas de exploración adyacentes) con una sonda del microscopio de fuerza magnética. Amplía el alcance de posibles aplicaciones futuras. Por ejemplo, si los skyrmions tienen un tamaño de menos de 100 nanómetros, se pueden utilizar como base para la computación de yacimientos, lógica reconfigurable y cristales magnónicos, que son la base de los procesadores magnónicos y los dispositivos de comunicación por microondas en el rango sub-THz y THz. Estos dispositivos serán mucho más eficientes energéticamente en comparación con la electrónica existente. Eso allana el camino para futuros centros de datos ecológicos y de alto rendimiento.

"Skyrmions puede ser un portador de bits de información. Eso es posible debido a la polarización de skyrmion, es decir., posiciones arriba o abajo, que se relaciona con ceros y unos. Por eso, Los skyrmions pueden ser elementos básicos para la memoria magnética o de pista. Tales dispositivos, a diferencia de los discos magnéticos duros, no tendrá partes mecánicas; los bits de información se moverán por sí mismos. Es más, Las matrices bidimensionales ordenadas de skyrmions pueden desempeñar el papel de cristales magnónicos artificiales, a través del cual se propagan las ondas de giro, transmitir información de una fuente a un receptor sin calentar los elementos de trabajo, ", dice Alexey Ognev, director del Laboratorio FEFU de tecnologías de película fina y primer autor del artículo.

Usando la tecnología desarrollada, Los científicos planean reducir el tamaño de los skyrmions y desarrollar dispositivos prácticos basados ​​en ellos.