Forskere skaber magnetisk RAM

MIPT-forskere gik sammen med samarbejdspartnere for en vellykket demonstration af magnetoelectric random access memory (MELRAM). En overgang til magnetoelektrisk hukommelse kan muliggøre betydelige energibesparelser, samt den øjeblikkelige opstart af enheder. Deres papir blev udgivet i Anvendt fysik bogstaver .

Random Access Memory, eller RAM, er en af ​​hovedkomponenterne i enhver computer eller smartphone. Den mest almindelige type RAM er kendt som dynamisk random access memory, eller DRAM for kort. Det er en halvlederhukommelse baseret på et simpelt princip. I DRAM, hver hukommelsescelle består af en kondensator og en transistor. Transistoren bruges til at lukke strøm ind i kondensatoren, så den kan oplades og aflades. Den elektriske ladning af kondensatoren lagrer binær information, som konventionelt er repræsenteret som nuller (uladet) og ettaller (opladet).

"RAM-teknologien har udviklet sig hurtigt, med hukommelsesmoduler, der bliver stadig hurtigere. Imidlertid, denne type hukommelse har en stor begrænsning, som ikke kan overvindes:dens lave energieffektivitet, " siger hovedefterforsker Sergei Nikitov fra MIPT. "I dette papir, vi præsenterer den magnetoelektriske hukommelsescelle. Det vil reducere energiforbruget til bitlæsning og skrivning med en faktor på 10, 000 eller mere."

En MELRAM-celle består af to komponenter med bemærkelsesværdige egenskaber. Den første er et piezoelektrisk materiale. Piezoelektricitet er en egenskab ved visse materialer, der deformeres som reaktion på påført spænding og, omvendt, generere spænding under mekanisk belastning. Den anden MELRAM-komponent er en lagdelt struktur karakteriseret ved en høj magnetoelasticitet - magnetiseringens afhængighed af den elastiske belastning. Fordi strukturen er anisotropisk - dvs. den er organiseret forskelligt langs forskellige akser, -det kan magnetiseres langs to retninger, der svarer til det logiske nul og en i binær kode. I modsætning til dynamisk RAM, magnetoelektriske hukommelsesceller er i stand til at bevare deres tilstand:De behøver ikke at blive omskrevet konstant og mister ikke information, når strømmen afbrydes.

"Vi byggede et teststykke omkring en millimeter i diameter og viste, at det virker, " siger Anton Churbanov, en ph.d. studerende ved Institut for Fysisk og Kvanteelektronik, MIPT. "Det er værd at bemærke, at de strukturer, vi brugte, kunne tjene som grundlag for hukommelsesceller i nanostørrelse, hvis dimensioner ligner dem for almindelige RAM-celler."

I hjertet af undersøgelsen er en ny datalæsemekanisme, at give et alternativ til de sofistikerede magnetfeltsensorer, der blev brugt i tidligere MELRAM-celler, som ikke giver mulighed for nem nedskalering. Forskerne fandt en enklere måde at læse information på, hvilket ikke kræver så komplicerede arrangementer. Når en spænding påføres hukommelsescellen, det piezoelektriske lag af strukturen er deformeret. Afhængigt af arten af ​​stammen, magnetisering antager en bestemt orientering, lagring af information. Den skiftende orientering af magnetfeltet giver anledning til øget spænding i prøven. Ved at detektere denne spænding, hukommelsescellens tilstand kan bestemmes. Men aflæsningen kan påvirke magnetiseringen; derfor, det er nødvendigt at genforpligte den værdi, der er blevet læst til hukommelsescellen.

Forfatterne af papiret siger, at deres løsning kan skaleres ned uden nogen negativ indvirkning på dens effektivitet. Dette gør MELRAM lovende til computerhardwareapplikationer, der kræver lavt energiforbrug.