Свет вместо металла: терагерцовая память обещает жёсткому диску новую и очень быструю жизнь

Развитие цифровых технологий всё чаще упирается не в объём данных, а в скорость и энергоэффективность их хранения. Учёные сделали шаг к решению этой задачи, создав принципиально новый тип памяти, который работает быстрее любых существующих аналогов. Разработка может изменить представление о жёстких дисках и твердотельных накопителях. Об этом сообщает РИА Новости со ссылкой на публикацию в журнале Nature.

Почему классические жёсткие диски упёрлись в предел

Современные накопители хранят информацию за счёт изменения намагниченности микроскопических доменов. Для записи используются магнитные импульсы, которые разворачивают спины электронов в нужном направлении. Такой подход доказал свою надёжность, однако он требует значительных энергозатрат и ограничен по скорости. Дополнительная проблема связана с точностью воздействия: чем меньше ячейка памяти, тем сложнее управлять ею без помех для соседних областей. Это сдерживает дальнейшее увеличение плотности хранения данных.

Терагерцовое излучение вместо магнитных импульсов

Исследовательская группа под руководством Анатолия Звездина из МФТИ совместно с коллегами из Германии предложила альтернативный путь. Учёные обнаружили, что некоторые соединения редкоземельных металлов, в частности ортоферрит туллия, способны менять своё магнитное состояние под воздействием терагерцовых волн. Эти Т-лучи взаимодействуют со спинами электронов значительно быстрее и эффективнее, чем традиционные магнитные поля. Речь идёт о воздействии, которое происходит в разы быстрее привычных технологий записи данных.

Как устроен оптический аналог жёсткого диска

Следующим этапом стала разработка практического прототипа оптико-магнитной памяти. Поверхность ортоферрита туллия покрыли массивами золотых наноантенн. Они усиливают локальное терагерцовое поле и позволяют сфокусировать его строго в нужной точке, практически без потерь энергии. Такое решение дало рекордный результат: время переключения магнитного состояния ячейки составило около трёх пикосекунд, то есть триллионных долей секунды.

Минимальные энергозатраты и большие перспективы

Одной из ключевых особенностей новой технологии стало то, что для записи или считывания состояния памяти достаточно всего одного фотона терагерцового излучения. Это делает процесс почти бесплатным с точки зрения энергопотребления. По словам Анатолия Звездина, материалы на основе редкоземельных элементов, хорошо изученные ещё десятилетия назад, сегодня получают "второе рождение". Фундаментальные исследования неожиданно находят прямое применение в задачах цифровой индустрии.

Учёные отмечают, что подобные оптические аналоги жёстких дисков могут лечь в основу принципиально новых систем хранения данных. Они объединят сверхвысокую скорость работы с крайне низким энергопотреблением, что особенно важно для центров обработки данных и будущих вычислительных систем. Разработка пока находится на стадии прототипа, но её потенциал уже сейчас оценивается как один из самых перспективных в области памяти нового поколения.