Значительные успехи в получении и исследовании тонких металлических пленок, достигнутые в конце XX века, привели к открытию целого ряда новых явлений, которые интересны как для фундаментальной физики, так и для практического применения. Совершенствование технологий позволило синтезировать новые магнитные материалы с уникальной структурой и составом, а возможность получения ультратонких слоев магнитных и немагнитных материалов с резкими границами раздела — обеспечить их кардинально новые магнитные и электрические свойства. В таких материалах возникает ряд уникальных физических явлений, обусловленных тем, что магнитные моменты в трехслойной пленке могут быть параллельны (ферромагнитная [ФМ] конфигурация) или антипараллельны (антиферромагнитная [АФМ] конфигурация), что показано на рис. 5.
   В ферромагнитных материалах выделяют два типа электронов в зависимости от ориентации их спина: «спин-вверх» и «спин-вниз». На рисунке направление спина обозначено синими и красными стрелками. Оказалось, что если ориентация спина не совпадает с магнитным моментом слоя (АФМ-конфигурация), то электрон не может попасть в этот слой, и электросопротивление становится больше. После перехода конфигурации из антиферромагнитной в ферромагнитную при возрастании внешнего магнитного поля электрон способен перескочить в смежный слой, и сопротивление значительно уменьшается. Этот эффект и называется гигантским магнитосопротивлением (ГМС).
   Наиболее важные с практической точки зрения результаты были достигнуты при исследовании спинового транспорта в металлических мультислойных структурах. Как мы видели, эффект гигантского магнитосопротивления обусловлен зависимостью рассеивания электронов от типа магнитного упорядочения смежных слоев в пленке. Аналогичный спин-зависимый эффект наблюдается в структурах с магнитным туннельным переходом (Magnetic Tunnel Junction, MTJ) типа ферромагнетик — диэлектрик — ферромагнетик (подробнее о них чуть ниже). Он также может приводить к большому туннельному магнитосопротивлению, ТМС (Tunnel Magnetoresistance, TMR). Наноразмерные магнитные структуры с эффектами ГМС и ТМС нашли широчайшее применение в сенсорах магнитного поля, считывающих головках жестких дисков и энергонезависимой магниторезистивной памяти (Magnetic Random Access Memory, MRAM). Рассмотрим более подробно материалы, в которых наблюдаются гигантские магниторезистивные эффекты.
Спин-вентили
   Очередным шагом на пути совершенствования структур с ГМС стали спиновые вентили (СВ). Они также состоят из двух магнитных слоев, разделенных немагнитной прослойкой, но магнитный момент одного из слоев закреплен антиферромагнитным слоем (АФМ) с фиксированным направлением магнитного момента. В то же время намагниченность второго слоя может свободно изменяться под действием внешнего магнитного поля. В другом варианте СВ имеют структуру пермаллой (NiFe)/медь (Cu)/ кобальт (Co), рис. 6. Когда мы помещаем этот «сэндвич» даже в слабое магнитное поле, верхний «свободный» слой легко изменяет конфигурацию магнитных моментов вслед за полем, выстраивая ее антипараллельно нижнему слою. А если есть такой переход, то будет и гигантское магнитосопротивление. На основе таких элементов созданы считывающие магниторезистивные головки в жестких дисках с плотностью записи более 100 Гбайт/кв. дюйм.
   Варьируя материал, толщину и последовательность слоев, можно оптимизировать магнитные и электрические свойства таких наноструктур и расширить область их практического применения. За несколько лет, прошедших с момента открытия спиновых вентилей, было создано и исследовано не менее одиннадцати их видов с различной структурой.
Магнитный туннельный переход
   К следующему поколению спинтроники относят структуры, принцип действия которых основан на явлении магнитного туннельного перехода. Магнитный туннельный переход происходит в структуре, состоящей из двух слоев ферромагнетика, разделенных изолятором (обычно это оксид алюминия Al2O3). Причем толщина изолятора так мала (менее 2 нм), что электрон может просачиваться через него — этот процесс называется туннелированием. В ферромагнитном материале энергия электронов со «спин-вверх» и «спин-вниз» различная, поэтому и вероятность их туннелирования будет отличаться. Если магнитные моменты смежных слоев направлены параллельно, проводимость магнитного туннельного перехода велика, а если намагниченности антипараллельны, то вероятность туннелирования мала, то есть электросопротивление большое. Таким образом, имеются условия для возникновения эффекта ГМС. Максимальная величина магниторезистивного эффекта, наблюдаемого в таких структурах при комнатной температуре, составляет около 220%.
   Структуры с магнитным туннельным переходом применяются в качестве считывающих головок в жестких дисках, а также для создания элементарных ячеек магниторезистивной оперативной памяти (MRAM). MRAM-память выглядит весьма перспективной и многообещающей по сравнению с другими типами энергонезависимой памяти. Так, например, время выборки данных у MRAM-памяти может составлять 10 нс, что в пять раз меньше, чем у flash-памяти, а время записи — 2 нс (на три порядка меньше, чем у flash-памяти). При этом энергопотребление магниторезистивной памяти вдвое меньше, чем у flash— и DRAM-памяти.
   Сегодня разработку MRAM-памяти ведут несколько фирм: Motorola, IBM, Infineon, Cypress Semiconductor, TSMC, а также совместно NEC и Toshiba. Большинство из них остановились на MRAM-памяти с магнитным туннельным переходом. Схема ячейки памяти, в которой перемагничивание осуществляется по методу Савченко, разработанному в компании Motorola, представлена на рис. 7. Ячейка памяти сформирована на пересечении разрядной и числовой шин. Она состоит из структуры с магнитным туннельным переходом, которая отвечает за хранение информации, и транзистора, с помощью которого организована адресация. Существуют схемы, в которых транзистор заменен диодом или вообще отсутствует. Ток, протекающий по разрядной и числовой шинам, наводит перекрестное магнитное поле, которое изменяет магнитное состояние свободного слоя. При считывании измеряется ток, протекающий через ячейку. Его величина зависит от конфигурации намагниченности магнитных слоев структуры: при параллельной ориентации сопротивление перехода минимально. Это соответствует логическому "0". При антипараллельной ориентации намагниченностей сопротивление велико, туннельный ток мал — это логическая "1".
   Используя рассмотренную выше схему ячейки, Motorola в 2004 г. создала чипы MRAM-памяти емкостью 4 Мбайт и временем доступа 25 нс. Тогда же Infinion и IBM представили экспериментальный чип MRAM-памяти емкостью 16 Мбайт. Микросхемы изготавливались по 180-нм нормам. С переходом на 45-нм техпроцесс (это планируется осуществить до 2010 г.) емкость MRAM-памяти возрастет до 10 Гбит, а время доступа снизится до 8 нс.
   Кроме MRAM и считывающих головок в жестких дисках структуры с магнитным туннельным переходом можно будет использовать и в качестве элементов в логических устройствах или перепрограммируемых логических процессорах, что потребует очень высоких значений магнитного сопротивления.
   Наиболее подробно из всех гигантских эффектов мы рассмотрели явление гигантского магниторезистивного эффекта. Открытое сравнительно недавно, оно уже нашло широчайшее практическое применение, став «трамплином» в новую область физики — спинтронику. Появление новых классов материалов, таких как магнитные полупроводники, позволяет получить новые наноструктуры и ускорить интеграцию спинтроники в полупроводниковую электронику.
   Стремительное развитие наноэлектроники послужит основой качественно нового этапа в разработке новейших информационных технологий, новых средств диагностики, связи. Успехи фундаментальных исследований, направленных на поиск новых гигантских эффектов, также будут способствовать осуществлению надежд, возложенных на наноэлектронику и наномеханику.

ОКНО ДИАЛОГА: Хорошо информированный оптимист

   Автор: Владимир Гуриев
   Очень велик был соблазн озаглавить это интервью «Путешествие из Петербурга в Москву», потому что наш собеседник действительно приехал из Санкт-Петербурга, который, впрочем, не имеет никакого отношения к городу, откуда в Москву отправился Александр Радищев. Санкт-Петербург, в котором живет основатель Википедии Джимми Уэйлс (кстати, Джимми в данном случае — это полная форма имени), всего лишь тезка нашего — имя свое он получил именно в честь российского Питера, где родился один из основателей американского городка. Но в отличие от хмурой северной столицы во флоридском Петербурге в год случается не больше пяти пасмурных дней. До радищевских контрастов не дотягивает, но двухдневный московский визит вполне может считаться краткосрочной ссылкой, в ходе которой Джимми общался с участниками русской Википедии и выкроил время для встречи с нами (отдельно хочу поблагодарить Станислава Козловского, который организовал эту встречу, и Александра Сергеева с «Радио Свобода», принимавшего участие в разговоре).
   Краткая биографическая справка рисует нам человека целеустремленного, волевого и довольно жесткого: Джимми заработал капитал на торговле фьючерсами, организовал работавшую с adult content сеть Bornis, создал на пару с Ларри Сэнгером Википедию, сумев эффективно организовать работу десятков, а то и сотен тысяч человек… На самом деле, Уэйлс — приветливый, тихий и очень-очень уставший.
   Разговор, естественно, начался с русской Википедии, которая пока заметно отстает от своей старшей сестры — и количественно, и качественно. Впрочем, сам Джимми русской редакцией интернет-энциклопедии вполне доволен.
   — Количество и качество идут рука об руку. Сам-то я никак не могу оценить качество русской Википедии и сравнить ее с английской на том же этапе развития, но не исключаю, что русская Википедия даже лучше. Когда английская Википедия состояла из 60 тысяч статей, большая их часть была сгенерирована роботом. Мы просто создали странички-болванки для американских городов. Как вы понимаете, это были не очень хорошие статьи, зато их было много.
   К тому же страны развиваются по-разному. Германская Википедия, на мой взгляд, качественнее английской — если брать соответствующие временные срезы. Думаю, это вызвано повышенным вниманием немцев к качеству — мы согласны на «Шевроле», а они покупают «Мерседесы». Как с этим обстоит в России, не знаю, — возможно, вы больше похожи на американцев, а не на немцев.
   В Германии в октябре этого года начинается публикация бумажной версии Википедии. Как будет решаться проблема с копирайтами? На сайте материалы сомнительного происхождения можно довольно быстро убрать, но отредактировать бумажный вариант после выпуска уже не получится. Как немецкая Википедия собирается решать эту проблему? Там же сотни тысяч статей…
   — Проектом занимается компания Direct Media, и они, насколько я знаю, собираются решать эту проблему традиционными способами: наймут редакторов и проверят содержание всех статей. Понятно, что свести риск к нулю не удастся, но это нормально. Вы же сами наверняка сталкиваетесь с проблемами плагиата…
   Больше того, нам время от времени приходят статьи, составленные из текстов русской Википедии.
   — Ну вот видите. В общем, риск есть всегда. Но его можно минимизировать. Впрочем, это не наша задача — этим занимается издатель.
Как это устроено
   Я читал статьи Ларри Сэнгера о том, с чего начиналась Википедия, но так и не смог понять, чем вы привлекали людей в самом начале. Сейчас-то понятно — это большой проект, в него можно влиться и тешить свое самолюбие, зарабатывая авторитет в сообществе. Но ведь вначале ничего этого не было. И второй вопрос — насколько большую роль в становлении Википедии сыграли участники вашего предыдущего проекта, Nupedia.
   — Ваш второй вопрос, на самом деле, является частичным ответом на первый. За два года до Википедии мы запустили Nupedia. В этом проекте участвовали настоящие ученые, вдохновленные идеей бесплатной, доступной для всех энциклопедии, составляемой на добровольных началах. Ведь для многих людей Интернет начинался с идеи свободного обмена информацией. Но потом началась эпоха доткомов, а Интернет стал ассоциироваться с рекламой, спамом и прочим собачьим кормом. Наш же проект возвращал людей к корням Интернета. Мы собрали хороших людей, которые решили вместе делать что-то полезное и делиться этим с другими. И этот стимул работал. Не работала социальная модель Nupedia. Вы должны были написать статью целиком, потом следовал сложнейший процесс рецензирования — в общем, все было сложно и скучно с точки зрения участников проекта. Но когда открылась Википедия, самыми активными ее участниками стали люди из Nupedia, образовавшие ядро сообщества.
   Кроме того, в первые месяцы работы был и дополнительный стимул. Вы могли стать первым автором статьи на интересующую вас тему. Например, статьи о России. Для этого нужно было всего лишь создать новую страничку и написать на ней, например, «Россия — это страна» и поставить точку. Несложно ведь, да? Сегодня новых тем, которые никак не освещены, осталось не так уж много.
   В этом смысле русская Википедия находится в более выгодном положении. Мы только что перевалили за миллион статей, и новую тему придумать не так-то просто, у вас же пока лишь 60 тысяч статей, что для такой страны явно недостаточно.
   Недавно мы писали о новом проекте Ларри Сэнгера — Digital Universe («КТ» #627). Из его статей и из опубликованной концепции проекта очевидно, что ему симпатична менее открытая социальная модель, чем Википедия. Как вам кажется, будет ли его проект успешен?
   — Я был у Ларри несколько месяцев назад. Digital Universe — очень интересная идея, и у Ларри сейчас на нее есть куча денег. Намного больше, чем у нас было или когда-нибудь будет. Думаю, успех напрямую зависит от того, удастся ли Ларри выстроить вокруг своей идеи сообщество. Тут ведь какая штука? Если сделать слишком высокий порог вхождения, то построить сообщество очень трудно. Одна из сильных сторон Википедии (и одновременно источник ее слабости) — это легкость присоединения новых участников. Мы растем очень быстро. И к нам приходит множество полезных и неожиданных людей, которые… Иногда попадаются пятнадцатилетние авторы, пишущие совершенно невероятные статьи! Конечно, без плевел тоже не обходится. Так же легко к нам приходят и «трудные» люди, и просто глупцы…
   В более закрытое сообщество попасть труднее. В Nupedia нужно было сначала доказать, что ты, допустим, кандидат наук. И только потом тебе, возможно, доверят редактирование какой-нибудь запятой. Конечно, высокие барьеры предохраняют сообщества от нежелательных элементов, но и хорошим людям сложнее в них попасть. Многие участники Википедии втянулись в работу незаметно. Они сделали первое небольшое изменение. Потом еще и еще. После пяти или десяти изменений они говорят себе: пожалуй, пора зарегистрироваться. То есть это очень легкий и естественный процесс.
   Ларри предстоит решать эту проблему. Но, насколько я понимаю, они собираются использовать наш контент, проверяя и улучшая его. Так что я думаю, Википедия и Digital Universe могут быть полезны друг другу. В проекте Ларри можно сделать работу, которую трудно осуществить в рамках социальной модели Википедии. Но выстрелит ли его Вселенная — я не знаю. Посмотрим.
   В разговор вступает Александр Сергеев.
   Меня, честно говоря, удивил вопрос Владимира, поскольку меня интересует ровно обратное. Я могу понять людей, которые с энтузиазмом работали над проектом, когда он только начинался — это было ново, это было интересно, это было приключение. Но сейчас-то это уже не приключение, а скорее работа. Какой смысл заниматься ею, если рядом с тобой тем же занимаются тысячи людей?
   — Вы не учитываете, что сам процесс совместного редактирования может приносить удовольствие. Для многих это хобби. Наверное, со стороны это выглядит странно — попробуйте-ка, представить себе человека, который довольно потирает руки и говорит: «Наконец-то выходные! Будет время написать парочку статей для энциклопедии!»
   Может быть, это и глупо, но мы же не спрашиваем, почему люди играют по выходным в футбол или смотрят матчи по ТВ. Кое-кому нравится писать вместе. Они так развлекаются.
   Но только некоторые области знания предполагают такое легкое отношение. Не получится ли так, что какие-то важные, но сложные для описания области человеческого знания будут фактически отсечены?
   — Почти для каждой области человеческого знания можно найти людей, которые ею увлечены. Мне, например, смертельно скучной кажется математическая статистика…
   Постойте, как же вы торговали фьючерсами?
   — Так и торговал. Это был тяжелый труд. Все эти стохастические распределения… Не могу себе представить, чтобы делал это для собственного удовольствия.
   Но некоторые считают иначе. И у нас есть просто фантастические статьи на эти темы.
   В то же время у нас есть разделы, которые развиты хуже других, — ведь мы интернет-энциклопедия, что накладывает определенный отпечаток. Компьютерные статьи у нас в порядке, а вот, допустим, китайская поэзия — пока не очень. То есть некий дисбаланс, конечно, имеет место. Но я не думаю, что это критично. Если предположить, что есть тема — я не уверен в этом, но готов пойти на такое допущение, — о которой никто не хочет писать, то скорее всего и читать о ней никто не хочет. Так что отсутствие подобной информации, наверное, можно пережить.
   Вообще говоря, это интересный вопрос, но мы никак не можем оценить уровень отсутствующей информации. Если сравнивать нас с Британникой или Брокгаузом, то по широте обхвата мы их уже обошли, и я не могу сходу назвать какую-то область человеческого знания, которой мы совсем не касались.
Кому выгодно
   То есть вы не планируете платить за написание статей, за которые никто не берется добровольно?
   — Нет. Мы не исключаем платежи, но другого рода. Я недавно был в Индии и обсуждал там проблемы хинди-Википедии. Она плохо развивается. Во многом потому, что все образованные индийцы — даже если дома они говорят на хинди — знают английский, используют английский на работе и набирают тексты с помощью английской клавиатуры. А набирать тексты на хинди на английской клавиатуре — сложно. И здесь мы можем, наверное, приобрести какие-нибудь плагины или хинди-клавиатуры.
   Вы планировали оплачивать работу региональных координаторов в медленно развивающихся странах. Это не может быть опасно для сообщества в целом?
   — Ох, мы бы с удовольствием платили всем, но мы маленькая некоммерческая организация и просто не можем себе этого позволить. Поэтому если мы будем платить, то лишь тем, кто занимается развитием отстающих Википедий — хинди, арабские языки, суахили. Нам нужно как-то запустить этот процесс. Возможно, некая система поощрений ободрит людей и позволит нам, так сказать, ввести мяч в игру.
   Это не вызовет конфликтов? Ведь большинство координаторов будет выполнять ровно ту же работу совершенно бесплатно.
   — Не исключено. Трудный вопрос. Но я думаю, что сообщество в целом отнесется к этому с пониманием. Википедия — всемирный благотворительный проект, и если мы нашли способ для ее продвижения в каких-то регионах, полагаю, это будет одобрено. Но, конечно, риск существует.
   В настоящее время Википедия финансируется за счет добровольных пожертвований, но уже год или два постоянно идут разговоры о рекламных блоках на страницах энциклопедии. Как вы к этому относитесь и может ли сложиться ситуация, когда это будет необходимо?
   — Не думаю, что реклама когда-нибудь станет необходимостью. У нас хватает денег на серверы, а участники работают на общественных началах. Вопрос, который стоит перед сообществом, другой: дополнительная прибыль от рекламы позволит нам развиваться быстрее. Но к этому нужно подходить осторожно. Лично я против введения рекламы. Думаю, есть и другие модели (например, те же бумажные публикации), позволяющие получить дополнительные средства. Но решать буду не я. Решать будет сообщество.
   Как вы относитесь к тому, что некоторые сайты используют контент Википедии и зарабатывают на показе рекламы, не отчисляя вам ни гроша (в отличие от Answers.com)?
   — Наш контент выпущен под свободной лицензией. Так что если люди берут наш контент, вставляют в него рекламу и зарабатывают на этом — ну что ж, формально у них есть такое право. С другой стороны, гораздо лучше и правильнее поступать так, как делает Answers.com, — они зарабатывают на нашем контенте, но часть заработков отдают нам, на дальнейшее развитие проекта.
Помимо Википедии
   Ваша компания Wikia, зарабатывающая показом рекламы на страницах вики-сообществ, начинала с разработки поискового движка. Что пошло не так? Почему от изначальной идеи вы отказались?
   — Ну, это моя старая задумка — наложить модель Википедии на открытый каталог сетевых ресурсов типа dmoz.org, который тоже создается на добровольных началах. Проблема с dmoz.org в том, что это очень закрытое сообщество, а потому оно растет медленно и не может занять подобающее место в структуре Интернета. И, создавая Wikia, я пытался изобрести что-нибудь новое, совместив принципы свободного редактирования с поисковиками или каталогами веб-ресурсов.
   Это очень сложная задача, которую я так и не решил. В какой-то момент стало понятно, что лучше все-таки делать то, что умеешь. Поэтому мы поменяли акценты, превратив Wikia из поисковика в компанию, предоставляющую бесплатный хостинг под wiki-проекты.
   А как вы относитесь к wiki-поисковикам — websbiggest.com или qwika.com например?
   — Я довольно давно не заходил на websbiggest.com. Не знаю, насколько хорошо он работает. Но рассуждая абстрактно, совместное написание текста — труднейшая штука, но мы уже умеем это делать и знаем, как справляться с трудностями. У сообществ, построенных вокруг поисковиков, две проблемы. Первая — спам. Им ведь будут заниматься не только профессиональные спамеры, но и обычные люди, у которых есть сайт и которые просто хотят поднять его популярность. С этим очень трудно справиться.
   Вторая проблема заключается в следующем. Многим людям нравится совместно редактировать статьи. Это интересно само по себе. Это может стать интеллектуальной привычкой. А вот добавление ссылок в каталог, на мой вкус, — не слишком интересное занятие. Не знаю, как от него можно получать удовольствие. Если ребятам с websbiggest.com это удалось — мои поздравления.
   Теперь о qwika.com. Я немножко поигрался с этим поисковиком. Ну что сказать? Очень мило. Не знаю, насколько он нужен — многих ли не устраивает поиск в Википедии, где можно использовать не только родной движок, но и Google? Но, повторюсь, это интересный проект.
   Если не Википедия, то что? Давайте представим, что Википедию создал кто-то другой. Каким проектом вы бы хотели заняться после ухода из Bornis?
   — Flickr. Очень интересный проект. Простой и очевидный, но — пришедший в голову не мне. Я знаю основателей компании и даже как-то посетовал, что это не моя идея. На самом деле, Flickr был изобретен случайно. Вначале это была онлайновая игра, в рамках которой пользователям позволили загружать фотографии и ставить теги. В какой-то момент стало очевидно, что в саму игру уже никто не играет, тогда как дополнительный сервис пользуется большой популярностью. Они переименовались и превратились во Flickr.
   Кстати, вы можете представить, что лет через пять вам надоест заниматься Википедией и вы покинете проект? И наоборот — сможет ли проект развиваться без сильного лидера?
   — Мне это так интересно, что я не могу себе представить подобной ситуации. До сих пор не устаю удивляться, что еще два года назад я сидел дома в пижаме и работал за ноутбуком, а теперь, как видите, приехал в Москву и даю интервью.
   А сообщество, конечно, может развиваться и без меня. Более того, мы сейчас пытаемся уйти от модели «просвещенной тирании», которая перешла к нам по наследству от открытого софта. Для молодых проектов такая модель может быть полезна, потому что зачастую лучше хоть какое-нибудь решение, чем вообще ничего. Должен быть человек, чье слово ставит точку в любом споре. Но сейчас Википедия очень выросла, у нас множество неанглоговорящих участников, и я уже не вмешиваюсь напрямую в работу национальных Википедий, доверяя управление региональным координаторам. Вот взять китайскую версию — как я могу вмешиваться в их работу?
   Разве китайская версия не заблокирована китайскими властями?
   — Заблокирована… Но относительно недавно. Мы даже удивились, что они так долго с этим тянули.
   Может быть, имеет смысл не касаться некоторых тем в китайской версии? Ввести цензуру, как сделали крупные поисковики?
   — Китайские власти не пытались с нами договориться… Но, в любом случае, такая договоренность крайне маловероятна. Меня, честно говоря, очень беспокоит то, что делают в этом смысле Google, Yahoo или Microsoft. Даже если они верят, что поступают правильно (Google, например, говорит, что жизненно важно предоставить китайцам доступ к информации, поэтому, видимо, можно пойти на некоторые уступки), мы-то с вами знаем, что Китай — это огромный рынок. И у очень многих компаний появляется соблазн сказать, что, мол, мы делаем это лишь для того, чтобы помочь народу Китая.