Energieffektiv magnetisk RAM:En ny byggesten til spintronic-teknologier

Forskere ved Pohang University of Science and Technology (POSTECH) og Seoul National University i Sydkorea har demonstreret en ny måde at forbedre energieffektiviteten af ​​en ikke-flygtig magnetisk hukommelsesenhed kaldet SOT-MRAM. Udgivet i Avancerede materialer , dette fund åbner et nyt vindue med spændende muligheder for fremtidige energieffektive magnetiske minder baseret på spintronics.

I moderne computere, random access memory (RAM) bruges til at gemme information. SOT-MRAM (spin-orbit torque magnetisk RAM) er en af ​​de førende kandidater til næste generations hukommelsesteknologier, der har til formål at overgå ydeevnen for forskellige eksisterende RAM'er. SOT-MRAM fungerer muligvis hurtigere end den hurtigste eksisterende RAM (SRAM) og vedligeholder oplysninger, selv efter at den elektriske energiforsyning er slukket, mens alle hurtige RAM'er, der findes i dag, mister oplysninger, så snart energiforsyningen er slukket. Det nuværende niveau for SOT-MRAM-teknologien er ikke tilfredsstillende, imidlertid, på grund af dets høje energibehov; det kræver stor energiforsyning (eller stor strøm) at skrive information. At sænke energibehovet og øge energieffektiviteten er et fremragende problem for SOT-MRAM.

I SOT-MRAM, magnetiseringsretninger for små magneter gemmer information og skrivemængder for at ændre magnetiseringsretningerne til ønskede retninger. Magnetiseringsretningsændringen opnås ved et specielt fysikfænomen kaldet SOT, der ændrer magnetiseringsretningen, når der påføres en strøm. For at forbedre energieffektiviteten, bløde magneter er ideelle materialevalg til de små magneter, da deres magnetiseringsretninger let kan skifte med en lille strøm. Bløde magneter er dårlige valg til sikker opbevaring af oplysninger, da deres magnetiseringsretning kan ændres, selv når det ikke er beregnet - på grund af termisk støj eller anden støj. Af denne grund, de fleste forsøg på at bygge SOT-MRAM vedtager hårde magneter, fordi de magnetiserer meget stærkt, og deres magnetiseringsretning ændres ikke let af støj. Men dette materialevalg gør uundgåeligt SOT-MRAM's energieffektivitet dårlig.

Et fælles forskerhold ledet af professor Hyun-Woo Lee i Institut for Fysik på POSTECH og professor Je-Geun Park i Institut for Fysik ved Seoul National University (tidligere associeret direktør for Center for Korrelerede Electronsystemer inden for Institute for Basic Science i Korea), demonstreret en måde at forbedre energieffektiviteten uden at ofre kravet om sikker opbevaring. De rapporterede, at ultratyndt jerngermaniumtellurid (Fe ₃ GeTe ₂ , FGT) - et ferromagnetisk materiale med særlig geometrisk symmetri og kvanteegenskaber - skifter fra en hård magnet til en blød magnet, når der påføres en lille strøm. Når informationsskrivning ikke er tiltænkt, materialet forbliver en hård magnet, hvilket er godt for sikker opbevaring, og kun når det er meningen at skrive, materialet skifter til en blød magnet, muliggør øget energieffektivitet.

"Spændende egenskaber ved lagdelte materialer ophører aldrig med at forbløffe mig:Strømmen gennem FGT inducerer en meget usædvanlig type spin-orbit-drejningsmoment (SOT), som ændrer energiprofilen for dette materiale for at skifte det fra en hård magnet til en blød magnet. Dette står i klar kontrast til SOT produceret af andre materialer, som kan ændre magnetiseringsretningen, men ikke kan skifte en hård magnet til en blød magnet, "forklarer professor Lee.

Eksperimenter fra professor Parks gruppe afslørede, at denne FGT-baserede magnetiske hukommelsesenhed er meget energieffektiv. I særdeleshed, den målte størrelse af SOT pr. anvendt strømtæthed er to størrelsesordener større end de tidligere rapporterede værdier for andre kandidatmaterialer til SOT-MRAM.

"Styring af magnetiske tilstande med en lille strøm er afgørende for den næste generation af energieffektive enheder. Disse vil være i stand til at lagre større datamængder og muliggøre hurtigere dataadgang end nutidens elektroniske minder, mens du bruger mindre energi, "bemærker Dr. Kaixuan Zhang, der er teamleder i Professor Parks gruppe, interesseret i at studere anvendelsen af ​​korreleret kvantefysik i spintronic -enheder.

"Vores fund åbner en fascinerende vej til elektrisk modulering og spintroniske applikationer ved hjælp af 2-D lagdelt magnetisk materiale, "lukkede professor Lee.