• Artykuły
  • Forum
  • Ciekawostki
  • Encyklopedia
  • Nowy skok w zapisie magnetycznym

    05.08.2011. 16:17
    opublikowane przez: Redakcja Naukowy.pl

    Pliki komputerowe, które wykorzystujemy codziennie w pracy i w czasie wolnym są po prostu strumieniami danych cyfrowych złożonych z zer i jedynek. Zera i jedynki znajdują się na cienkiej warstwie magnetycznej na dysku twardym komputera, gdzie obszary magnetyczne skierowane w górę oznaczają jedynki, a te skierowane w dół - zera.

    Wielkość takiego obszaru magnetycznego wynosi obecnie kilkadziesiąt nanometrów, co oznacza, że jeden terabajt danych można zmieścić na zaledwie czterech centymetrach kwadratowych. Chociaż brzmi to imponująco, to "miniaturyzacja" nastręcza wiele problemów fizykom i inżynierom. Szybko zmieniająca się i stale rozwijająca się branża technologii informatycznych wymaga obecnie, aby zapis poszczególnych elementów informacji na tych malutkich bitach magnetycznych odbywał się tak szybko i wydajnie energetycznie jak to możliwe.

    Z pomocą może tutaj przyjść forma nowej metody zapisu danych magnetycznych opracowana przez finansowany ze środków unijnych zespół naukowców z Francji i Hiszpanii. W artykule opublikowanym w czasopiśmie Nature zespół podkreśla, że ta metoda może pomóc w rozwiązaniu tych problemów oraz sprostać zmieniającym się wymogom rynkowym. Badania otrzymały grant Europejskiej Rady ds. Badań Naukowych (ERBN) dla początkujących naukowców o wartości około 1,5 mln EUR w ramach projektu NOMAD (Nanoskalowa dynamika magnetyzacji), który otrzymał dofinansowanie z tematu "Pomysły" Siódmego Programu Ramowego (7PR).

    Obecna metoda, wykorzystująca pola magnetyczne wytworzone przez przewody i zezwoje, jest obciążona kilkoma ograniczeniami pod względem skalowalności i efektywności energetycznej. Nowa technika zaproponowana przez zespół eliminuje zapotrzebowanie na kłopotliwe pola magnetyczne i zapewnia niezwykle prosty i odwracalny zapis elementów pamięci poprzez wprowadzanie prądu elektrycznego równoległego do płaszczyzny bitu magnetycznego. Klucz tego efektu polega na inżynierii asymetrycznych interfejsów na górze i na dole warstwy magnetycznej, indukujących pole elektryczne na całym materiale, w tym przypadku warstwie kobaltu o grubości poniżej jednego nanometra, wciśniętej między platynę a tlenek glinu.

    Dzięki subtelnym efektom relatywistycznym, elektrony przechodzące przez warstwę magnetyczną faktycznie postrzegają pole elektryczne materiału jako pole magnetyczne, co z kolei wpływa na ich magnetyzację. W zależności od natężenia prądu i kierunku magnetyzacji, można indukować efektywne pole magnetyczne wewnątrz materiału, które jest wystarczająco silne, aby odwrócić magnetyzację.

    Badania mają znaczenie dla opracowania magnetycznych pamięci o dostępie swobodnym, inaczej MRAM. Gdyby pamięcią MRAM zastąpić standardową pamięć RAM, która musi być odświeżana co kilka milisekund, to komputer włączałby się natychmiast, oszczędzając sporo energii.

    Zespół wykazał w toku badań, że metoda działa niezawodnie w temperaturze pokojowej.
    Dodatkową zaletą tego odkrycia jest fakt, że indukowany prądem zapis magnetyczny jest bardziej wydajny w "twardych" warstwach magnetycznych niż w "miękkich". Wydaje się to przeczyć intuicji, gdyż miękkie materiały magnetyczne z definicji łatwiej się przełącza za pomocą zewnętrznych pól magnetycznych. Jest to jednak bardziej praktyczne, gdyż twarde magnesy można zminiaturyzować do wymiarów nanometrycznych bez utraty ich właściwości magnetycznych. Umożliwi to zwiększenie gęstości upakowania pamięci bez obniżania zdolności zapisu.

    Ogólnym celem projektu NOMAD, który będzie realizowany do 2013 r., jest opracowanie pionierskich podejść do kontrolowania właściwości magnetodynamicznych elementów molekularnych i metalowych w skali nanometrycznej.

    Za: CORDIS

    Czy wiesz ĹĽe...? (beta)
    Magnetyzacja (namagnesowanie) jest właściwością materiałów (m.in. magnesów), która opisuje pole magnetyczne wytwarzane przez materiał. Przez magnetyzację rozumie się także wielkość fizyczną określającą wytwarzane przez materiał pole magnetyczne, definiuje się ją przez określenie momentów magnetycznych wytworzonych w jednostce objętości. Głównymi składnikami magnetyzacji są orbitalne i spinowe momenty magnetyczne elektronów. Osnowa magnetyczna – usystematyzowany zbiór punktów w terenie, dla których w wyniku opracowania pomiarów magnetycznych określono składowe wektora natężenia pola magnetycznego odniesione do przyjętej epoki oraz ich dokładność. Osnowa magnetyczna służy do wyznaczania, zarówno w czasie jak i przestrzeni, rozkładu pola magnetycznego Ziemi, a zwłaszcza deklinacji magnetycznej. Elektromagnes – urządzenie wytwarzające pole magnetyczne w wyniku przepływu przez nie prądu elektrycznego. Zbudowany jest z cewki nawiniętej zazwyczaj na rdzeniu ferromagnetycznym, o otwartym obwodzie magnetycznym, zwiększającym natężenie pola magnetycznego w części otoczenia zwojnicy. Pole magnetyczne wytwarzane przez elektromagnes wzrasta przy wzroście natężenia prądu elektrycznego płynącego przez cewkę. Pole magnetyczne zanika, gdy prąd przestaje płynąć.

    Efekt pamięci kształtu – efekt indukowany przez zmianę temperatury lub przyłożenie zewnętrznego pola magnetycznego. Termosprężysta pamięć kształtu polega na tym, iż po odkształceniu materiału przy odpowiedniej temperaturze oraz następnym nagrzaniu do nowej, wyższej temperatury następuje powrót odkształconego elementu do pierwotnego kształtu. Zjawisko fizyczne pojawiające się na skutek zachodzenia bezdyfuzyjnej, odwracalnej, termosprężystej przemiany martenzytycznej. Jest przemianą heterogeniczną (można wyróżnić etap zarodkowania i wzrostu zarodków) i atermiczną (kinetyka przemiany fazowej jest niezależna od czynników ją indukujących). Magnetyczny efekt pamięci kształtu polega na zmianie orientacji martenzytu pod wpływem zewnętrznego pola magnetycznego. Izopora – linia, w przedstawieniach graficznych pól magnetycznych, łącząca punkty o jednakowych zmianach wartości wielkości charakteryzujących pole magnetyczne. W technice satelitarnej izopora oznacza linie jednakowego biegu wiekowego, czyli powolnych, o dużych amplitudach zmian głównego pola geomagnetycznego na dużych obszarach.

    Pole magnetyczne – stan przestrzeni, w której siły działają na poruszające się ładunki elektryczne, a także na ciała mające moment magnetyczny niezależnie od ich ruchu. Pole magnetyczne, obok pola elektrycznego, jest przejawem pola elektromagnetycznego. W zależności od układu odniesienia, w jakim znajduje się obserwator, to samo zjawisko może być opisywane jako objaw pola elektrycznego, magnetycznego albo obu. Magnetowód lub obwód magnetyczny – rdzeń wykonany z materiału ferromagnetycznego używany do kształtowania pola magnetycznego. Linie pola magnetycznego tworzą zamknięte pętle wewnątrz magnetowodu. Składa się z odpowiednio ukształtowanych materiałów (środowisk) przez które zamyka się strumień magnetyczny oraz z uzwojeń, w których płynie prąd niezbędny do wytworzenia pola magnetycznego. Rozróżnia się obwody magnetyczne nierozgałęzione (proste) oraz rozgałęzione.

    Mikroskop sił magnetycznych (ang. MFM – Magnetic Force Microscope) – mikroskop, w którym ostrze pokryte cienką warstwą ferromagnetyka wibruje z częstotliwością bliską rezonansowej, poruszając się blisko badanej powierzchni. Poprzez modulację częstości z jaką wibruje dźwignia, mikroskop rejestruje namagnesowanie badanej powierzchni. Zmiany te są indukowane przez zależność pola magnetycznego od odległości ostrze – próbka. Jest on używany do badania struktur domen magnetycznych powierzchni głowic i nośników magnetycznych, np. dysków twardych. Zjawisko Barkhausena - skokowe zmiany namagnesowania ferromagnetyków pod wpływem ciągłej zmiany natężenia zewnętrznego pola magnetycznego (lub innych warunków zewnętrznych). Jest ono wynikiem skokowego przesuwania się granic domen magnetycznych, tzw. ścianek Blocha, ustawiających się w kierunku zewnętrznego pola magnesującego. Zjawisko to zostało odkryte w 1919 r. przez niemieckiego fizyka Heinricha Barkhausena, który tym samym dostarczył dowodu słuszności domenowego mechanizmu magnetyzacji ferromagnetyków.

    Metoda magnetyczna - w archeologii, polega na lokalizowaniu obiektów archeologicznych na podstawie wytwarzanych przez nie anomalii magnetycznych. Wykrywane zaburzenia są różnicą pomiędzy średnim natężeniem ziemskiego pola magnetycznego na danym terenie a jego wartością w konkretnym punkcie badanego stanowiska.

    Detektor anomalii magnetycznych (MAD, ang. Magnetic Anomaly Detector) jest urządzeniem pozwalającym na rejestrację chwilowych, a w wyniku ruchu miejsc, zmian natężenia pola magnetycznego Ziemi. Pozwala na wykrycie dużych skupisk metalu – takich jak okrętów podwodnych lub zatopione wraki statków. Urządzenia używa się też do wykrywania skupisk minerałów, które zakłócają normalne pole magnetyczne planety.

    Zwierciadło magnetyczne - obszar pola magnetycznego w które zmienia natężenie wzdłuż linii pola, co sprawia że cząstki naładowane elektryczne mają tendencję do odbijania się od tego obszaru. Stanowi element pułapki magnetycznej stosowanej do ograniczenia gorącej plazmy. Magnetyzacja szczątkowa (remanentna) – utrwalone w skałach wartości opisujące dawne pole magnetyczne Ziemi, których porównanie z orientacją pola współczesnego umożliwia wyciąganie wniosków o zmianach ziemskiego pola magnetycznego. Przede wszystkim mierzy się deklinację i inklinację dawnego pola magnetycznego w miejscu powstawania danej skały.

    Ferrofluid (rzadko ciecz magnetyczna, ferrociecz) to substancja o właściwościach możliwie zbliżonych do cieczy, która w odróżnieniu od typowych cieczy jest w warunkach pokojowych dobrym paramagnetykiem i ulega silnej polaryzacji magnetycznej w obecności zewnętrznych pól magnetycznych. Potencjał magnetyczny jest matematycznym sposobem na zdefiniowanie pola magnetycznego w elektrodynamice klasycznej. Jest on analogiczny do potencjału elektrycznego który definiuje pole elektryczne w elektrostatyce. Podobnie jak w przypadku potencjału elektrycznego potencjał magnetyczny nie jest bezpośrednio obserwowalny - mierzalne jest jedynie pole które opisuje. Są dwa sposoby na zdefiniowanie tego potencjału - jako potencjał skalarny lub jako potencjał wektorowy, który jest wykorzystywany częściej.

    Dodano: 05.08.2011. 16:17  


    Najnowsze