Уровень современной вычислительной техники в первую очередь определяется объемом ее памяти и быстродействием. Немаловажное значение имеют доступность информации, возможность длительного ее хранения при выключенном источнике питания и число возможных циклов перезаписи.
Сегодня большие объемы информации хранят несколькими способами. Оптические компакт-диски и магнитные жесткие диски вмещают сотни и тысячи мегабайт, не требуют питания, но довольно медленны при записи и считывании. Оперативная память обеспечивает малое время доступа (десятки наносекунд) и плотность записи до 12 Мбайт/см2 , но работает только во включенной аппаратуре.
Транзисторные сборки, элементы которых имеют состояния либо "открыто", либо "закрыто", могут довольно долго обходиться без питания, но обладают невысокой плотностью записи и дороги. Флешь-память на сегнетоэлектриках использует свойство этих материалов долго сохранять состояние электрической поляризации после выключения напряжения. Однако после некоторого цикла перезаписи в них происходит накопление паразитного электрического заряда, приводящее к отказу.
Магнитные элементы памяти выдерживают практически неограниченное число циклов перезаписи. Их ячейки в виде колец с замкнутым магнитным потоком не имеют полей рассеяния и в принципе обеспечивают высокую плотность записи. Не случайно память на ферритовых кольцах широко применялась в первых ЭВМ лет 40 назад. Однако конструкция их была сложна: каждое колечко вручную "прошивали" несколькими витками провода. Это усложняло сборку элементов и не позволяло сильно уменьшать их размеры.
В Объединенном институте ядерных исследований (ОИЯИ, г. Дубна) исследователи под руководством доктора физико-математических наук В. М. Дубовика совместно с лабораторией профессора М. А. Марценюка из Пермского государственного университета разработали новый способ хранения информации. Их работы относятся к области квантовых явлений и технологии получения наноструктур, состоянием которых можно управлять с помощью внешних электромагнитных полей.
Ячейка памяти выполнена из ферромагнитного материала, имеющего хорошо подобранные магнитные свойства (доменную структуру, фазы перехода из магнитожесткого состояния в магнитомягкое и т. д.). Основное ее отличие от старых элементов памяти - исключительно малые размеры. Минимальный размер ячейки - 10 нм (стотысячная миллиметра); дальше начинают сказываться квантовые флуктуации магнитного момента материала, приводящие к сбоям.
Современные методы литографии, применяющиеся для изготовления микросхем, позволяют получать ячейки размером 1-0,2 микрона, нанотехнология - до 10 нм. При площади ячейки 1 квадратный микрон плотность записи составит 100 Мбит/см2 при рабочей частоте 100 МГц и до 1 Гбит/см2 при увеличении частоты до 1 гигагерца. Это превышает возможности существующей оперативной памяти в десятки раз.
Конструкция ячейки памяти предельно проста: два ферромагнитных кольца (рабочее и эталонное) и три провода. Рабочее кольцо может быть намагничено двояко: его магнитный поток направлен либо по часовой стрелке, либо против. Управление процессом записи осуществляют две шины: одна проходит внутри кольца и создает вихревое магнитное поле; другая - снаружи, ее поле перпендикулярно направлению намагниченно сти кольца. При одновременном действии обоих полей происходит перемагничивание кольца.
Для считывания информации на внешнюю шину подается электрический импульс высокой частоты, который вызывает в кольцах колебания магнитного момента. Он индуцирует напряжение в шинах, проходящих сквозь кольца. И если рабочая часть ячейки намагничена в том же направлении, что и эталонная, суммарный поток и, следовательно, напряжение на шине будут равны нулю (состояние "нет" - 0). Если же ячейки намагничены в противоположных направлениях, их потоки, складываясь, вызовут появление импульса напряжения (состояние "да" - 1).
Новая разработка российских исследователей с официальным наименованием "Магнитотороидальная память с произвольным доступом" признана изобретением и защищена патентами.
