Сучасні комп’ютери працюють на дуже простому принципі: кожен біт інформації може мати лише два значення — 0 або 1. Саме так зберігаються фотографії, відео, документи та будь-які інші цифрові дані. Але зі зменшенням розмірів електронних компонентів традиційні технології поступово наближаються до своїх фізичних меж. Тому вчені активно шукають нові способи запису інформації.

Дослідники зробили важливий крок у цьому напрямку, відкривши матеріал, здатний стабільно існувати одразу у чотирьох магнітних станах. Це означає, що одна комірка пам’яті теоретично зможе зберігати не два, а чотири значення, що суттєво збільшить щільність зберігання даних.

Чому це відкриття настільки важливе

Усі сучасні накопичувачі — від оперативної пам’яті до SSD — використовують двійкову систему. Один елемент пам’яті може бути або «увімкненим», або «вимкненим».

Нова технологія пропонує зовсім інший підхід. Якщо замість двох станів використовувати чотири, то кожна комірка зможе зберігати вдвічі більше інформації. Це дозволить створити компактніші та потужніші пристрої без необхідності постійно зменшувати розміри транзисторів.

Як працює новий матеріал

В основі відкриття лежить кристал, що складається з літію, нікелю, заліза та фосфату. У ньому атоми поводяться як крихітні магніти, які можуть вибудовуватися у різних конфігураціях.

За дуже низьких температур дослідники зафіксували чотири окремі магнітні стани, кожен з яких залишається стабільним навіть після припинення зовнішнього впливу.

Для керування цими станами використовуються електричні та магнітні поля. Це відкриває можливість створення нових типів пам’яті, де дані записуватимуться значно ефективніше.

Що таке спінтроніка

Нова технологія належить до перспективного напряму, відомого як Спінтроніка.

На відміну від звичайної електроніки, яка використовує лише електричний заряд, спінтроніка також враховує магнітні властивості електронів. Це дозволяє створювати швидші, енергоефективніші та стійкіші до перешкод пристрої.

Переваги над традиційною пам’яттю

Матеріали з антиферомагнітними властивостями мають кілька важливих переваг:

• не створюють сильного зовнішнього магнітного поля;
• менше піддаються впливу сторонніх перешкод;
• здатні працювати на надвисоких швидкостях;
• дозволяють розміщувати компоненти значно щільніше.

Завдяки цьому майбутні накопичувачі можуть стати не лише місткішими, а й швидшими та надійнішими.

Як вчені побачили магнітні стани

Для спостереження за розташуванням атомних магнітів дослідники використали нейтронне розсіювання в Institut Laue-Langevin. Цей метод дозволяє буквально «зазирнути» всередину матеріалу й визначити, як саме поводяться магнітні моменти атомів.

Саме завдяки цьому вдалося підтвердити існування чотирьох окремих стабільних станів.

Які перспективи відкриває це відкриття

Якщо технологію вдасться адаптувати для практичного використання, вона може кардинально змінити комп’ютерну індустрію.

У майбутньому це дозволить:

• створювати SSD і оперативну пам’ять із набагато більшою місткістю;
• зменшити споживання електроенергії;
• прискорити обробку даних;
• підвищити продуктивність серверів і систем штучного інтелекту.

Коли це стане реальністю

Поки що дослідження перебуває на фундаментальному рівні, і матеріал демонструє свої властивості лише за низьких температур. Проте сам факт існування стабільної чотиристанової пам’яті вже є важливим науковим проривом. Вчені вважають, що ця робота може стати основою для майбутніх комп’ютерів, які зберігатимуть значно більше інформації у менших за розміром пристроях.

Результати дослідження опубліковані в журналі Nature Communications.