Ingeniører opfinder banebrydende spin-baseret hukommelsesenhed

Et hold af internationale forskere ledet af ingeniører fra National University of Singapore (NUS) har opfundet en ny magnetisk enhed til at manipulere digital information 20 gange mere effektivt og med 10 gange mere stabilitet end kommercielle spintroniske digitale hukommelser. Den nye spintroniske hukommelsesenhed anvender ferrimagneter og er udviklet i samarbejde med forskere fra Toyota Technological Institute, Nagoya, og Korea University, Seoul.

Dette gennembrud har potentialet til at accelerere den kommercielle vækst af spin-baseret hukommelse. "Vores opdagelse kan give en ny enhedsplatform til spintronic-industrien, som på nuværende tidspunkt kæmper med problemer omkring ustabilitet og skalerbarhed på grund af de tynde magnetiske elementer, der bruges, " sagde lektor Yang Hyunsoo fra NUS Department of Electrical and Computer Engineering, der stod i spidsen for projektet.

Opfindelsen af ​​denne nye spintroniske hukommelse blev først rapporteret i tidsskriftet Naturmaterialer den 3. december 2018.

Stigende efterspørgsel efter nye hukommelsesteknologier

I dag, digital information genereres i hidtil usete mængder over hele verden, og som sådan er der en stigende efterspørgsel efter lave omkostninger, lav strøm, meget stabil, og meget skalerbare hukommelses- og computerprodukter. En måde dette opnås på er med nye spintroniske materialer, hvor digitale data er lagret i op eller ned magnetiske tilstande af små magneter. Imidlertid, mens eksisterende spintroniske hukommelsesprodukter baseret på ferromagneter lykkes med at opfylde nogle af disse krav, de er stadig meget dyre på grund af skalerbarhed og stabilitetsproblemer.

"Ferromagnet-baserede hukommelser kan ikke vokse ud over et par nanometer tykke, da deres skriveeffektivitet falder eksponentielt med stigende tykkelse. Dette tykkelsesområde er utilstrækkeligt til at sikre stabiliteten af ​​lagrede digitale data mod normale temperaturvariationer, " forklarede Dr. Yu Jiawei, som var involveret i dette projekt, mens hun forfulgte sit ph.d.-studie på NUS.

En ferrimagnetisk løsning

For at løse disse udfordringer, holdet fremstillede en magnetisk hukommelsesenhed ved hjælp af en interessant klasse af magnetisk materiale - ferrimagneter. Afgørende, det blev opdaget, at ferrimagnetiske materialer kan dyrkes 10 gange tykkere uden at gå på kompromis med den samlede dataskrivningseffektivitet.

"Spinet af de strømførende elektroner, som grundlæggende repræsenterer de data, du vil skrive, oplever minimal modstand i ferrimagneter. Forestil dig forskellen i effektivitet, når du kører din bil på en otte-sporet motorvej sammenlignet med en smal bybane. Mens en ferromagnet er som en bygade for en elektrons spin, en ferrimagnet er en indbydende motorvej, hvor dens spin eller den underliggende information kan overleve i meget lang afstand, " forklarede hr. Rahul Mishra, som var en del af forskerteamet og en aktuel ph.d.-kandidat med gruppen.

Ved hjælp af en elektronisk strøm, NUS-forskerne var i stand til at skrive information i et ferrimagnet-hukommelseselement, som var 10 gange mere stabilt og 20 gange mere effektivt end en ferromagnet.

Til denne opdagelse, Lektor Yangs team udnyttede det unikke atomarrangement i en ferrimagnet. "I ferrimagneter, de tilstødende atommagneter er modsatte af hinanden. Forstyrrelsen forårsaget af et atom til et indkommende spin kompenseres af det næste, og som et resultat rejser information hurtigere og længere med mindre strøm. Vi håber, at computer- og lagringsindustrien kan drage fordel af vores opfindelse til at forbedre ydeevnen og dataopbevaringskapaciteten for nye spin-hukommelser, " sagde lektor Yang.

Næste skridt

NUS-forskerteamet planlægger nu at undersøge dataskrivnings- og læsehastigheden på deres enhed. De forventer, at deres enheds karakteristiske atomare egenskaber også vil resultere i dens ultrahurtige ydeevne. Ud over, de planlægger også at samarbejde med industripartnere for at fremskynde den kommercielle oversættelse af deres opdagelse.