Магнитные свойства.

Магнитные наноструктуры. Магнитные свойства наноструктур обладают большим разнообразием и значительно отличаются от массивного материала. Основной вклад здесь вносят размерные эффекты, влияниеповерхности, образующих наноструктуру кластеров, межкластерные взаимодействия или взаимодействия кластера с матрицей и межкластерная организация.

Характерные свойства

- эффекты гигантского магнетосопротивления,

- суперпарамагнетизм, который проявляется при размерах магнитных кластеров менее 1-10 нм,

- процессы намагничивания, которые чувствительны не только к характеру магнитного упорядочения кластера, но и к его размеру, форме, магнитной анизотропии,

- эффекты магнитного квантового туннелирования, при которых намагниченность меняется скачками, подобно эффектам одноэлектронной проводимости.

Размер нанокластера.

Результирующий магнитный момент образца М_обр складывается из векторов атомных магнитных моментов. Большая величина М_атобусловливает тенденцию к их взаимному ориентированию в пределах нанокластера, домена или образца в целом и, в результате, не только к большому М_обр , но и к появлению дополнительной энергии обменного взаимодействия. В отсутствие внешнего магнитного поля, Н_о = 0, тепловое движение мешает упорядочиванию магнитных моментов. Двух - трех атомов железа недостаточно для формирования устойчивого нанокластера, так как результирующая намагниченность может быть меньше тепловой энергии. Т.о. формируется критерий минимальной энергии образования магнитного нанокластера. С учетом влияния поверхности раздела, дефектов и анизотропии структуры минимальный размер кластера однородного намагничивания составляет 10 нм для нормальной температуры. Максимальная величина кластера определяется по критерию минимума энергии.

Рис. Изображение и структура магнитного кластера.

Суперпарамагнетизм.

Магнетизм - квантовомеханическое явление по сути. Атомы многих элементов таблицы Менделеева обладают магнитным моментом благодаря нескомпенсированному спину электронов. Магнитное упорядочение - это коллективный квантовомеханический эффект, в основе которого лежит специфическое взаимодействие между спинами атомов, обусловленное принципом Паули. Это взаимодействие называется обменным. Критический размер доменаравен примерно 10 нм для классических ферромагнетиков типа Fe, Ni, Co. Образование доменной границы сопровождается затратой энергии, которая в разных материалах варьирует в пределах 0.01—1 эрг/см².

Когда расстояние между соседними частицами мало, на магнитных свойствах отдельной частицы начинают сказываться эффекты магнитостатического заимодействия частиц. При суперпарамагнетизме магнитное упорядочение в наносистеме исчезает скачком под влиянием тепловых флуктуаций и наносистема переходит в парамагнитное состояние. Суперпарамагнетизм — квазипарамагнитное поведение веществ и материалов, состоящих из наноразмерных ферро- или ферримагнитных частиц, слабо взаимодействующих друг с другом. Магнитная наночастица подобна атому в парамагнетике, но с гигантским магнитным моментом, что объясняет название явления. Суперпарамагнетизм является одним из основных факторов, препятствующих увеличению плотности записи магнитной информации, и технологи используют различные ухищрения, чтобы отодвинуть температурную границу суперпарамагнитного состояния в область температур намного выше комнатных.

Переход из суперпарамагнитного состояния в монодоменно ферромагнитное возможно при механической деформации, непосредственного механического воздействия или опосредованно, например, в результате пьезоэффекта. (Частицы никеля размером 16 нм осаждали на пьезоэлектрическую подложку (твердый раствор [Pb(Mg_1/3Nb_2/3)O₃]_(1−x) −[PbTiO₃]_x) и покрывали сверху слоем платины.) Под действием электрического напряжения (напряженность поля порядка 4 кВ/см) подложка из пьезоэлектрика деформировалась, вызывая механические напряжения в наночастицах, и приводя к изменению их эффективной магнитной анизотропии. В результате частицы переходили из суперпарамагнитного состояния в ферромагнитное с осью легкого намагничивания вдоль направления, задаваемого деформацией ε_y. При этом температура блокировки T_B, находящаяся для частиц данного размера вблизи комнатной, сдвигалась на 40 градусов выше. Таким образом, продемонстрирована возможность электрического “включения” и “выключения” ферромагнетизма, что может найти применение, например, в магнитных устройствах записи информации. Возможность управления положением температуры блокировки может, с одной стороны увеличить время хранения информации, делая материал магнитожестким, с другой − облегчить запись информации, “размягчая” его в заданный момент

а б

Рис. Переход системы наночастиц Ni на пьезоэлектрической подложке из суперпарамагнитного состояния в ферромагнитное:
а − слабоферромагнитное состояние с коэрцитивной силой меньше 20 Э в отсутствие электрического и механического напряжений;
б − переход в ферромагнитное состояние с коэрцитивной силой 80 Э.

Магнитное сопротивление.

Постоянное поле, ориентируя магнитные моменты, упорядочивает внутреннюю структуру материала, в том числе изменяет удельное электрическое сопротивление. Магнетики изменяют свое сопротивление при воздействии магнитного поля в результате

переориентации магнитных диполей и, следовательно, изменения плотности и удельного сопротивления, изменения траектории линии тока в соответствии с эффектом Холла.

Магниторезистивное отношение N_R - отношение величин электрических сопротивлений в магнитном поле (R_B) и без него (R₀): N_R = R_B / R₀, и составляет единицы % .

Помимо обычного магниторезистивного эффекта, с помощью нанотехнологии возможна реализация нескольких магниторезистивных эффектов: гигантского, колоссального, туннельного.

Гигантское магнитное сопротивление (ГМС - англ. giant magnetoresistance сокр.,GMR)– это эффект резкого снижения электрического сопротивления материала при воздействии магнитного поля. Снижение сопротивления связано с тем, что внешнее магнитное поле действует на электроны по-разному в зависимости от их спина – квантовой характеристики.(Электрон является носителем и электрических и магнитных свойств.) Возможно изменение сопротивления на десятки %. эффект гигантского магнитосопротивления (ГМС) открытый в 1988 г. В 1997 г. компанией IBM были созданы считывающие головки для жестких дисков

Магнитные моменты в трехслойной пленке могут быть параллельны (ферромагнитная [ФМ] конфигурация) или антипараллельны (антиферромагнитная [АФМ] конфигурация).

Рис. Многослойная структура, реализующая гигантское магнитосопротивление.

Если ориентация спина не совпадает с магнитным моментом слоя (АФМ-конфигурация), электрон не может попасть в этот слой - электросопротивление большое. После перехода конфигурации из антиферромагнитной в ферромагнитную при возрастании внешнего магнитного поля электрон способен перескочить в смежный слой, и сопротивление значительно уменьшается.

Гигантское магнетосопротивление наблюдается в многослойных материалах с чередующимися тонкими слоями ферромагнитных и немагнитных металлов.

Толщина отдельного слоя может составлять всего несколько атомов. Сопротивление таких образцов велико, если локальные магнитные поля в ферромагнетиках направлены в противоположные стороны, и минимально, когда параллельны. Если слои ферромагнетика (железа, Fe) чередуются с тонкими слоями немагнитного металла (хрома Cr, меди Cu) определенной толщины, то слои ферромагнетика будут чередовать направление намагниченности (слева). Однако если эту структуру поместить в достаточно сильное внешнее поле, то намагниченность всех слоев развернется в одну сторону (справа).

Например, в наноструктуре Co–Ni–Cu/Cu чередуются ферромагнитный слой Co–Ni–Cu и немагнитный слой Cu. Слои имеют толщину порядка длины свободного пробега электрона, т. е. несколько нанометров. Варьируя напряженность приложенного внешнего магнитного поля от нуля до некоторой величины, можно так изменять магнитную конфигурацию многослойной наноструктуры, что электросопротивление будет меняться в очень широких пределах. В наноструктуре Co–Ni–Cu/Cu наибольшая величина гигантского магнетосопротивления получена для слоев Cu толщиной около 0,7 нм.

Явление гигантского магнетосопротивления используется в считывающих головках жестких дисков и сверхчувствительных магнитных сенсорах.

Рис. Использование спинового клапана в MRAM.

1 Спиновый клапан в качестве ячейки памяти (стрелки обозначают наличие ферромагнитных слоёв).

2 Линия строки.

3 Линия столбца. Эллипсы со стрелками обозначают силовые линии магнитного поля вокруг линий строки и столбца во время прохождения электрического тока в них.

Датчики. Сенсорные элементы содержат два ферромагнитных слоя: фиксированный и подвижный. Приложение магнитного поля (3–20 мТл) в плоскости датчика изменяет сопротивление.

Рис. а, б, в — конфигурации линейных ГМР-датчиков; г — схема угловых измерений 1 — ИС ГМР-датчика; 2 — магнит вблизи детали; 3 — вал.

Датчики линейного перемещения используются для определения положения подвески или гидравлических и пневматических цилиндров.

ГМР датчики угловых перемещений применяются для измерения скорости (коробка передач, АБС) или определения положения вала в системах с таймированием (коленчатый или распределительный вал). Угловой датчик ГМР чувствителен только к направлению поля, а не к его величине. Высокая чувствительность и малый размер сенсорного элемента, способность работы в системах с постоянной скоростью обеспечивают широкие рабочие пределы в системах измерения авто-электроники, устойчивые к высокочастотной вибрации.

Колоссальное магнетосопротивление (КМС, англ. сolossal magnetoresistance сокр.,CMR) — явление значительного изменения электрического сопротивления в сильном магнитном поле (на тысячи и десятки тысяч процентов, еще больше, чем у ГМС).

Явление КМС наиболее характерно для манганитов, у которых наблюдается обычно отрицательное магнетосопротивление — существенное падение электросопротивления при повышении индукции магнитного поля. В формировании данного эффекта могут быть задействованы цепочки связей марганец — кислород (механизм двойного обмена) или туннелирование спинполяризованных носителей через границы зерен (туннельное магнитосопротивление). И в том, и в другом случае магнитное поле приводит к упорядочению спинов носителей заряда, которые, соответственно, могут легче перемещаться по цепочкам связей внутри структуры или путем туннелирования между микроструктурными элементами.

Величины КМС для манганитов при криогенных температурах могут на несколько порядков превосходить таковые для металлических многослойных гетероструктур. Эффект наблюдается в сильных магнитных полях, достигая максимальных значений при напряженности порядка единиц тесла. Колоссальное магнетосопротивление обычно наблюдается в узком интервале температур вблизи температуры Кюри. Чем выше температура Кюри, тем меньше оказывается величина магнетосопротивления в манганите. La_0,67Ca_0,33MnO_y: при температуре 77 К и при комнатной температуре^[2]

Эффект КМС наиболее изучен для манганитов лантана и редкоземельных элементов (R) ряда R_1–xA_xMnO₃ (A = K, Na, Ag, Ca, Sr, Ba, Pb), однако в последнее время его наблюдают и для некоторых других сложных оксидов переходных металлов. Эффект КМС обнаружен в семействе манганитов с общей формулой Ln1-xAxMnO3 (Ln – РЗЭ, A – щелочной или щелочноземельный элемент) со структурой перовскита. Для этого класса материалов основным механизмом переноса заряда является механизм двойного обмена Mn3+ - O - Mn4+. Обнаружены и другие семейства материалов, обладающих эффектом КМС: La₁-xAxCoO₃, халькогениды на основе хрома, семейство пирохлора Tl₂Mn₂O₇ и др. Новое

семейство манганитов CaCuxMn₇-xO₁₂ обладает большей чувствительностью к слабым магнитным полям и лучшей температурной стабильностью эффекта.

Материалы с КМС могут быть использованы в виде датчиков магнитного поля и как функциональные элементы устройств спинтроники с высокой плотностью записи, MEMS и NEMS сенсоров.

Туннельное магнетосопротивление (англ. tunnel magnetoresistance сокр.,TMR) — эффект изменения электрического сопротивления между двумя областями ферромагнетика, разделенными тонким слоем диэлектрика, вследствие туннельных переходов спин- поляризованных носителей под действием магнитного поля.

Эффект туннельного магнетосопротивления аналогичен гигантскому магнетосопротивлению, однако ферромагнитные области разделены не проводящими, а изолирующими прослойками. В этом случае транспорт носителей заряда через изолирующую прослойку обеспечивается исключительно квантовомеханическими эффектами. Примером системы, в которой реализуется эффект туннельного магнетосопротивления, может служить композит, представляющий собой

- ферромагнитные зерна в изолирующей матрице,

- слоистая структура, в которой магнитные слои разделены тонкими слоями диэлектрика. В настоящее время на базе эффекта туннельного магнитного сопротивления создана магнеторезистивная энергонезависимая оперативная память (MRAM). Эффект также применяется в считывающих головках накопителей на жестких дисках.

Рис. Пример структуры, в которой возникает эффект туннельного магнетосопротивления.

Если в GMR происходит медленное — за счет классической диффузии — перемещение спин-поляризованных электронов с одного ферромагнитного слоя на другой, то в конструкции TMR имеет место сугубо квантовый туннельный переход через разделяющий слой. Максимальная величина магниторезистивного эффекта, наблюдаемого в таких структурах при комнатной температуре, составляет около 220%. 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.

Хотя эффект спин-зависимого туннелирования впервые был продемонстрирован еще в 1975 году, как и большинство квантовых феноменов, он работал лишь при очень низких температурах. То, что это возможно и при комнатной температуре, удалось показать лишь к 1995-му. 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 емкость MRAM-памяти возрастет до 10 Гбит, а время доступа снизится до 8 нс.

Запись, чтение и хранение информации.

Элементы энергонезависимой памяти:

- транзисторы (флеш-память),

- ферроэлектрическая (сегнетоэлектрическая) память (частицы, домены, кластеры),

- магниторезистивная память (MRAM),

- оптические, в том числе голографические эффекты,

- полимерная память,

- молекулярные структуры.

Рис. Эволюция физических принципов и устройств записи информации:

1 - механический принцип записи (перфокарта),

2 - магнитная запись информации (изображение магнито - силовой микроскопии дорожек жесткого диска компьютера),

3 – оптический принцип записи (АСМ изображение поверхности DVD диска, интервал между витками – 1.6 мкм, ширина углубления – 0.5 мкм, глубина – 0.125 мкм, минимальная длина – 0.83 мкм),

- 4 - магнитный нанокомпозит – ферромагнитная нанопроволока в матрице мезопористого диоксида кремния (просвечивающая электронная микроскопия). (ФНМ МГУ).

«Пластиковая» или полимерная память. Технология создания памяти на основе полимера – политиофена (polythiophenes), который демонстрирует ферромагнитные свойства. Такая память уступает по производительности кремниевой, но ее можно, что называется буквально печатать на гибкую основу.

а б

Рис. Различаются параллельная и перпендикулярная виды записи. Зоны намагниченности с несколькими доменами BPM/SOMA (а), с одним доменом (б) при параллельной записи.

Проблемы записи и хранения информации. Основными целями являются

- увеличение плотности записи информации,

- увеличение времени хранения информации.

Предполагается, что каждая частица несет один бит информации. Если расстояние между частицами составляет 100 нм, то ожидаемая плотность записи — 10 Гбит/см². Принципиальными ограничениями плотности записи при таком подходе являются

- магнитостатическое влияние,

- суперпарамагнетизм (термические флуктуации, механические напряжения).
Магнитные нанокластеры увеличивают плотность размещения информации. Однако сохраняется необходимость поверхностей раздела доменов и кластеров. Эти поверхности полезны, так как осуществляют информационную и тепловую изоляцию, но увеличивают размер ячейки памяти.

Рис. Поверхность раздела между ячейками памяти. Ширина дорожки – 1 мкм.

Более эффективную тепловую изоляцию обеспечивает диэлектрик. Конструктивно это можно реализовать,

1 - используя автономную молекулу (например, ферритина),

2 - помещая ферромагнитные нанокластеры в матрицу - пористую подложку,

3 - в виде выступающих элементов.

Рис. (1) Ферритин (темный в центре кластер окиси железа) в протеиновой оболочке обеспечивает эффективную тепловую изоляцию Диаметр 12 нм.

Ячейка - домен встроена в битовый массив (Bit Patterned Media). В результате бит информации хранится в одной ячейке-домене, а не в массиве из 70-100 доменов.

Рис. (2) 1 – область, хранящая бит при стандартном подходе; 2 – массив, границы которого совпадают с границами частиц; 3 – одна частица в идеале может хранить 1 бит.

Такой материал можно создать с помощью прецизионной интерференционной литографии или с помощью лучевой технологии. Для получения материала, допускающего плотность записи 1 Тбит/дюйм², размер одной частицы должен составить максимум 12,5 нм.

Рис. (3) Слой, полученный с помощью литографии (воздушная термическая изоляция доменов, магнитной изоляции нет).

Сверхрешетка Ge/Si, Fe/Cr, Co/Cu. При перпендикулярной записи используется намного более сложный состав магнитного слоя. Под тонким защитным слоем расположен записывающий слой состоящий из окисленного сплава кобальта, платины и хрома. Подложка состоит из двух слоев сложного химического состава, называемых антиферромагнитносвязанными слоями. Именно они позволяют снять внутренние напряженности магнитного поля.

Рис. Состав магнитного слоя при перпендикулярной записи.

В технологии изготовления MRAM ключевым звеном является технологический процесс формирования структуры с магнитным туннельным переходом MTJ. Формирование MTJ перехода происходит путем напыления ультратонких ферромагнитных пленок металла на кремниевую пластину с осажденным на ней диэлектриком. Исследование технологии изготовления MRAM позволяет определить не только оптимальные режимы формирования структуры с магнитным туннельным переходом MTJ, но и условия проведения ряда операций до и после ее создания. Это необходимо для достижения высокого значения магниторезистивного эффекта и сохранения его в сформированной матрице с адресными шинами.

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".

Рис. Схема записи и считывания.

Рис. Эскиз матрицы 3х3 из ячеек магниторезистивной памяти

Магниторезистивная память обладает рядом значительных преимуществ по отношению к своим ближайшим конкурентам: высокое быстродействие, неограниченное количество циклов записи-стирания и возможность долгого хранения информации без питающего напряжения до 10 лет.

(3) Мезопористый оксид алюминия с нанонитями металлического никеля. Пористый оксид алюминия, образующийся при анодном окислении высокочистого полированного металлического алюминия в ряде электролитов, имеет систему цилиндрических пор, располагающихся параллельно друг другу перпендикулярно плоскости пленки, причем при соблюдении определенных условий массивы этих пор могут обладать гексагональным упорядочением.

Рис. Поперечный разрез пленки анодированного (мезопористого) оксида алюминия, заполненного электрохимически нанонитями металлического никеля.

Мезопористый оксид алюминия, полученный анодным окислением алюминия, уникален тем, что в процессе его получения можно контролировать основные микроструктурные параметры: расстояние между центрами соседних пор зависит от электролита и напряженности тока на электродах в ходе окисления, протяженность пор (толщина слоя) зависит от времени травления, а диаметр пор можно увеличивать путем дополнительного растравливания. Одним из методов получения магнитных нанокомпозитов в такой матрице является электрохимическое осаждение в поры магнитных металлов, например, никеля. В отличие от пленок мезопористого диоксида кремния, магнитные наночастицы располагаются в матрице не параллельно, а перпендикулярно поверхности подложки. Таким образом, становится возможным контролировать их количество.

Рис. Мезопористый диоксид кремния с параллельным расположением магнитных наночастиц.

Сплав самоорганизующейся структуры. Самоорганизующийся магнитный материал (SOMA, Self-Ordered Magnetic Array, Seagate) – сплав FePt, выпариваемый в гексановом растворителе. Полученный материал имеет идеально ровную ячеистую структуру. Размер одной ячейки – 2,4 нм. Если учесть, что каждый домен обладает высокой стабильностью, можно говорить о допустимой плотности записи на уровне 40-50 Тбит/дюйм².

«Наношапка» сферических частиц. Для создания выпуклых ферромагнитных пленок слои кобальта и палладия толщиной менее 1 нм наносились на поверхность сферической частицы диаметром 50 нм, образовывая на ее поверхности так называемую «наношапку» (nanocap).

Рис. Перемагничивание наночастиц с помощью атомного и магнитного силовых микроскопов.

Уменьшение размера ячейки.

Для борьбы с суперпарамагнитным эффектом в образцах (HDD) с параллельной записью использовалась разработанная IBM технология AFC (Antiferromagnetically coupled - антиферромагнитно сопряженные пары) – при этом магнитный носитель несколько усложняется: появляется дополнительная прослойка из рутения и дополнительный магнитно-мягкий подслой – в нём напротив каждой области намагниченности информационного магнитно-твёрдого слоя образовывается противоположно намагниченная область. Таким способом удалось уменьшить поля рассеяния и несколько отодвинуть суперпарамагнитный барьер.

Рис. Структура перпендикулярной и параллельной записи и считывания.

Если на обычной пластине магнитные частицы строго ориентированные друг за другом параллельно поверхности пластины, то при перпендикулярной записи на диск магнитные частицы располагаются под углом 90° к плоскости магнитного диска. Таким образом, этих частичек можно разместить на одном и том же месте, гораздо больше. При попытке сдвинуть частицы более плотно или уменьшить их размер домены при записи намагничивались и, соответственно, отталкивались друг от друга. Паралллельно расположенные намагниченные частицы повернуты друг к другу разными полюсами. Увеличение плотности никак не скажется на уменьшении толщины слоя, а, значит, магнитная поверхность носителя останется по-прежнему стабильной. При параллельном методе магнитное поле генерируется в металлическом кольце с помощью индукции. При перпендикулярном используется поле, генерируемое между срезом полюса головки записи и «мягким» магнитным подслоем на диске, на котором «стоят» частицы ферромагнетика. Частицы записывающего слоя намагничиваются вертикально, а частицы магнитного подслоя – горизонтально, что обеспечивает дополнительную стабильность частиц относительно друг друга.

Обычный продольный слой испускает магнитный сигнал с границы между одной магнитной частицей и другой, направленный под прямым углом к плоскости диска (типа, вверх – прямо в нависшую головку). Перпендикулярный же магнитный слой испускает сигнал по всей площади частицы, и потому его надо как-то «построить» (сориентировать). Вот для этого и нужен магнитный подслой, чтобы направить сигнал, куда нужно. Правда, при этом несколько падает соотношение сигнал/шум, как, впрочем, и мощность самого сигнала. Вот для чего появились более мощные TMR-головки, использующие туннельный магниторезистивный эффект.

Улучшением технологии перпендикулярной записи является HAMR (Heat Assisted Magnetic Recording) – запись с предварительным нагревом с помощью лазера.

HAMR позволит добиться плотности записи как минимум 1 Тбит/дюйм². Этот метод предусматривает кратковременный (1 пикосекунда) нагрев участка, на который производится запись, до 100 ^оС. При этом магнитные частицы получают больше энергии, и головке записи уже не нужно генерировать поле большой напряженности. После записи в записываемом слое оказываются частицы с большей энергетикой, а это означает повышенную стабильность.

а б

Рис. (а) Головка с нагреванием. (б) - Изменение магнитных свойств при нагревании.

Внедрение технологии HAMR потребует использования в качестве записывающего слоя принципиально новых материалов с высоким уровнем анизотропности. Речь может идти о таких сплавах, как Fe₁₄Nd₂B, CoPt, FePt или даже Co₅Sm. Стоят они очень дорого.

Кроме того, специалисты из Seagate полагают, что в HAMR винчестерах придется ставить 2 раздельные головки. Наиболее необычным является считывающий элемент – это оптическая головка со специальным твердотельным зеркалом (Planar Solid Immersion Mirror).

Рис. HDD с двумя раздельными головками.

Наномагнетизм

В одноатомной магнитной памяти носителями информации являются магнитные моменты (спины) отдельных атомов.