Устройства спинтроники и их микроструктуры управляются магнитными полями. Эти структуры магнитного поля претерпевают сложные и драматические изменения, когда к системе прикладывается внешнее магнитное поле. Полученные тонкие структуры невозможно воспроизвести, и сложно количественно оценить сложность структур магнитного поля. Таким образом, наше понимание явления перемагничивания ограничено грубыми визуальными осмотрами и качественными методами, что является серьезным узким местом в разработке материалов. Было трудно даже предсказать стабильность и форму структур магнитного поля в пермаллое, хорошо известном материале, который изучался более века.
Чтобы решить эту проблему, группа исследователей во главе с профессором Масато Коцуги из Токийского университета науки, Япония, разработала основанный на искусственном интеллекте метод количественного анализа функциональности материалов. В своей работе, опубликованной в журнале Science and Technology of Advanced Materials: Methods, команда использовала топологический анализ данных и разработала превосходный метод иерархического и интерпретативного анализа процессов перемагничивания. Проще говоря, превосходная иерархия означает, по мнению исследовательской группы, взаимосвязь между микро- и макросвойствами, которые обычно рассматриваются как изолированные, но в общей схеме совместно способствуют физическому объяснению.
Команда измерила сложность структур магнитного поля, используя непрерывную симметрию, математический инструмент, используемый в вычислительной топологии, который измеряет топологические характеристики непрерывных данных в нескольких масштабах. Команда также визуализировала процесс перемагничивания в двумерном пространстве, используя анализ основных компонентов, процедуру анализа данных, которая суммирует большие наборы данных с помощью меньших «суммарных индексов», что лучше облегчает визуализацию и анализ. Как объясняет профессор Коцуги, «анализ топологических данных может быть использован для объяснения сложного процесса перемагничивания и для количественной оценки стабильности структуры магнитного поля». Команда обнаружила, что с помощью этого анализа можно обнаружить тонкие изменения в структуре, которые не видны человеческому глазу и которые указывают на скрытую особенность, которая доминирует в стабильных/фиксированных процессах отражения. Им также удалось определить, почему макроскопический процесс отражения разветвляется на исходную микроскопическую структуру магнитного поля.
Новизна этого исследования заключается в его способности свободно связывать микроструктуры магнитного поля и макроскопические магнитные функции через иерархии, применяя последние математические достижения в топологии и машинном обучении. Это позволяет обнаруживать тонкие микроскопические изменения и последующее предсказание стабильного/диффузного состояния заранее, что до сих пор было невозможно. «Этот иерархический и очень понятный анализ должен улучшить надежность устройств спинтроники и наше понимание явления стохастического/детерминированного переполюсовки магнита», — говорит профессор Коцуги.
Интересно, что новый алгоритм с его превосходной объяснительной силой также можно применять для изучения хаотических явлений, таких как эффект бабочки. На технологическом фронте это, вероятно, повысит надежность записи на магнитную память следующего поколения и поможет в разработке новых устройств для устройств следующего поколения.
Источник истории:
Материалы Представление о Токийский университет науки. Примечание. Контент можно изменить по стилю и длине.
«Главный евангелист пива. Первопроходец в области кофе на протяжении всей жизни. Сертифицированный защитник Твиттера. Интернетоголик. Практикующий путешественник».
More Stories
Потрясающий метеоритный дождь осветит ночное небо на выходных
Болезнь потери ткани каменных кораллов меняет экологический баланс коралловых рифов Карибского моря
Метеорный поток Эта Водолей, остатки кометы Галлея, достигнет своего пика в эти выходные. Вот как это увидеть