Ingeniører arbejder på lovende ny hukommelsesteknologi

Dagens computere bruger ofte op til fire forskellige slags hukommelsesteknologi, fra harddisken til hukommelseschips, hver med sine styrker og svagheder. En ny hukommelsesteknologi kan være klar til at forstyrre dette landskab, imidlertid, med en unik kombination af funktioner. Det går under det uhåndterlige akronym STT-MRAM, som står for spin-transfer torque magnetisk random access-hukommelse.

"Alle andre hukommelsesteknologier er gode til nogle ting og ikke så gode til andre. Folk håber, at STT-MRAM kan være god til alt, "sagde elektroingeniør Holger Schmidt, Kapany -professoren i optoelektronik ved UC Santa Cruz.

Som en af ​​15 partnere i Samsung Global MRAM Innovation -programmet, Schmidts laboratorium samarbejder med Samsungs forskere for at hjælpe med at udvikle denne nye hukommelsesteknologi. Med sin ekspertise inden for optoelektronik, Schmidt anvender optiske teknikker baseret på ultrakorte laserpulser til at studere prototypenheder fra præproduktion fra Samsung. Hans vurderinger hjælper virksomheden med at optimere deres materialer og fremstillingsprocesser.

Nanomagneter

STT-MRAM gemmer information i magnetiske tilstande for små magnetiske elementer eller "nanomagneter" mindre end 100 nanometer på tværs. I modsætning til andre magnetiske lagringsteknologier, såsom harddiske med deres roterende diske og magnetiske læse-skrivehoveder, STT-MRAM-enheder har ingen bevægelige dele, fordi de bruger elektrisk strøm til at læse og skrive data. Selvom de nuværende implementeringer stadig har masser af plads til forbedringer, teknologien giver mulighed for høj hastighed, stor tæthed, energieffektiv hukommelse, der er ikke-flygtig, hvilket betyder, at gemte oplysninger ikke går tabt, når strømmen afbrydes.

Flere vigtige fremskridt inden for fysik og materialevidenskab i løbet af de sidste 20 år har ført til udviklingen af ​​STT-MRAM og andre såkaldte spintronic-teknologier. Mens elektroniske enheder er baseret på bevægelse af elektriske ladninger, spintronics udnytter en anden egenskab ved elektroner kaldet spin. Spin er et af de bizarre begreber inden for kvantemekanik uden en direkte ækvivalent i vores makroskopiske verden. Det er tilstrækkeligt at sige, at elektroner opfører sig som om de drejede, producerer et lille magnetisk moment (som en lille stangmagnet med nord- og sydpoler), der kan interagere med andre elektroner og atomer i et materiale.

Nanomagneterne i en STT-MRAM-enhed, kaldet spin -ventiler eller magnetiske tunnelkryds, har to magnetiske lag adskilt af en tynd barriere, gennem hvilken elektrisk strøm kan strømme. Når spinnene i de to magnetiske lag er justeret, modstanden er lav, og hvis de to lag har modsat centrifugering, er modstanden høj, tilvejebringelse af to læsbare og omskiftelige tilstande, der repræsenterer 0 og 1 i computernes binære logik.

Spin overførsel

Evnen til at skifte tilstand for en centrifugeringsventil med en elektrisk strøm var en kritisk innovation. En polariseret strøm, hvor elektronernes spind er justeret, kan overføre denne spin -tilstand til et af de magnetiske lag, når den passerer igennem, et fænomen kaldet spin-transfer torque (STT).

STT-MRAM-chips til nicheapplikationer er lige begyndt at nå markedet, og snesevis af virksomheder arbejder på at optimere teknologien til brug i forbrugerelektronik.

Ifølge Schmidt, en af ​​udfordringerne er at betjene chipsene med så lidt strøm som muligt, så de ikke opvarmes for meget. Hvor meget strøm det tager at skifte en nanomagnet afhænger af dæmpning, eller hvor lang tid det tager at slå sig ned i en ny spin -tilstand, forklarede han. At måle dæmpningsparametre i en række nanomagneter er ekstremt udfordrende, men Schmidts laboratorium er i stand til at gøre dette ved hjælp af korte laserpulser. Han og hans samarbejdspartnere, ledet af kandidatstuderende og første forfatter Mike Jaris, rapporterede deres seneste fund i et papir, der blev offentliggjort i Anvendt fysik bogstaver .

"Vi var i stand til at udtrække dæmpningsmålinger fra prototype -enheder og vise virkningerne af fremstillingsprocessen på nanomagneternes materialegenskaber, "Sagde Schmidt.

Samarbejdet med Samsung har været spændende for hans laboratorium, han sagde, at give sine elever mulighed for at arbejde på forkant med en ny teknologi. "Det er en helt anden type hukommelse, og jeg forventer at se det bruges i flere applikationer i løbet af de næste par år, " han sagde.