Группа исследователей из университета Миннесоты разработала структуру и создала опытные образцы магнитного туннельного перехода, состояние которого может быть переключено при помощи импульсов света, длительностью в одну триллионную долю секунды, что является абсолютным рекордом этого типа. Такие переходы могут стать основой ячеек сверхскоростной магнитной памяти с оптическим управлением и спинтронных устройств, устройств, использующих для передачи и обработки информации волнообразное движение спинов электронов.

Традиционная структура магнитного туннельного перехода состоит из двух слоев различных магнитных материалов, разделенных изолирующим слоем, называемым барьером. Информация записывается в такую ячейку памяти путем изменений намагниченности одного из слоев. Для этого, в большинстве случаев, используется движение вращающихся по спирали электронов, а процесс носит название спин-обработки. Однако, спин-обработка имеет верхний предел по быстродействию, который находится на частоте 1.66 ГГц, что значительно ниже быстродействия даже обычных кремниевых транзисторов.

Базой для создания магнитного перехода нового типа стали исследования, проведенные в 2007 году голландскими и японскими учеными. Они продемонстрировали, что сплав, состоящий из гадолиния (Gd), железа (Fe) и кобальта (Co) в определенных пропорциях может изменять свою намагниченность и другие параметры, имеющие отношение к магнетизму, под воздействием импульсов света. Этим сплавом исследователи из Миннесоты заменили верхний слой магнитного туннельного перехода. Еще одной модификацией исходной структуры перехода стало добавление к нему электрода из прозрачного токопроводящего материала — оксида олова-индия. Вся структура магнитного туннельного перехода представляет собой круглый столбик, диаметром в 10 микрометров, что более чем в десять раз меньше толщины человеческого волоса.

Для проверки работоспособности перехода исследователи освещали его последовательностью импульсов инфракрасного света, генерируемых недорогим оптоволоконным лазером. Период следования импульсов равнялся одной микросекунде (миллионная доля секунды), хотя длительность каждого импульса не превышала одно триллионной доли секунды. Каждый раз, когда импульс света попадал на поверхность перехода, ученые наблюдали скачкообразное изменение напряжения на устройстве. А это изменение говорило о соответствующем изменении электрического сопротивления магнитного туннельного перехода. Поскольку длительность импульса света равнялась одной пикосекунде, то при помощи такой технологии, в теории, можно получить скорость записи информации в магнито-оптичекую память на уровне 1 терабита в секунду.

«Наше достижение может стать в будущем быстродействующим буфером между оптоволоконной оптикой, которая обеспечивает сверхвысокие скорости передачи данных, и энергонезависимыми магнитными устройствами хранения информации» пишут исследователи. А в своих дальнейших исследованиях ученые будут работать над уменьшением размеров структуры магнитного туннельного перехода до 100 нанометров и меньше. Помимо этого, будут произведены попытки уменьшить количество энергии, несомой импульсами света, которая требуется для изменения состояния магнитного перехода. И все эти усилия, по мнению ученых, должны привести к созданию технологии энергонезависимой магнитной памяти на туннельных переходах, чипы которой можно производить при помощи стандартного технологического оборудования.