Markering af en magnetisk hukommelsesmilepæl

Computere og smartphones har forskellige slags hukommelse, som varierer i hastighed og strømeffektivitet afhængigt af, hvor de bruges i systemet. Typisk vil større computere, især dem i datacentre, bruge en masse magnetiske harddiske, som er mindre almindelige i forbrugersystemer nu. Den magnetiske teknologi disse er baseret på giver meget høj kapacitet, men mangler hastigheden af ​​solid state systemhukommelse. Enheder baseret på kommende spintronic-teknologi kan muligvis bygge bro over dette hul og radikalt forbedre selv den teoretiske ydeevne af klassiske elektroniske enheder.

Professor Satoru Nakatsuji og projektlektor Tomoya Higo fra Institut for Fysik ved University of Tokyo udforsker sammen med deres team verden af ​​spintronics og andre beslægtede områder inden for faststoffysik - i store træk fysikken i ting, der fungerer uden at bevæge sig . Gennem årene har de studeret specielle slags magnetiske materialer, hvoraf nogle har meget usædvanlige egenskaber. Du vil være bekendt med ferromagneter, da disse er den slags, der findes i mange hverdagsapplikationer som computerharddiske og elektriske motorer - du har sikkert endda nogle fast i dit køleskab. Men af ​​større interesse for holdet er mere obskure magnetiske materialer kaldet antiferromagneter.

"Ligesom ferromagneter opstår antiferromagneters magnetiske egenskaber fra den kollektive opførsel af deres komponentpartikler, især spin af deres elektroner, noget analogt med vinkelmomentum," sagde Nakatsuji. "Begge materialer kan bruges til at indkode information ved at ændre lokaliserede grupper af bestanddele af partikler. Antiferromagneter har dog en klar fordel i den høje hastighed, hvormed disse ændringer af de informations-lagrende spin-tilstande kan foretages, på bekostning af øget kompleksitet. "

"Nogle spintroniske hukommelsesenheder eksisterer allerede. MRAM (magnetoresistive random access memory) er blevet kommercialiseret og kan erstatte elektronisk hukommelse i nogle situationer, men den er baseret på ferromagnetisk switching," sagde Higo. "Efter omfattende forsøg og fejl tror jeg, at vi er de første til at rapportere den vellykkede ændring af spintilstande i antiferromagnetisk materiale Mn₃ Sn ved at bruge den samme metode som den, der bruges til ferromagneter i MRAM, hvilket betyder, at vi har lokket det antiferromagnetiske stof til at fungere som en simpel hukommelsesenhed."

Denne metode til omskiftning kaldes spin-orbit torque (SOT) switching, og det er årsag til begejstring i teknologisektoren. Det bruger en brøkdel af kraften til at ændre tilstanden af ​​en bit (1 eller 0) i hukommelsen, og selvom forskernes eksperimenter involverede at skifte deres Mn₃ Sn sampler på så lidt som et par millisekunder (tusindedele af et sekund), er de overbeviste om, at SOT-skift kan forekomme på picosekund-skalaen (trilliontedel af et sekund), hvilket ville være størrelsesordener hurtigere end omskiftningshastigheden for den nuværende tilstand- moderne elektroniske computerchips.

"Vi opnåede dette på grund af det unikke materiale Mn₃ Sn," sagde Nakatsuji. "Det viste sig langt lettere at arbejde med på denne måde, end andre antiferromagnetiske materialer kan have været."

"Der er ingen regelbog om, hvordan man fremstiller dette materiale. Vi sigter efter at skabe et rent, fladt krystalgitter af Mn₃ Sn fra mangan og tin ved hjælp af en proces kaldet molekylær stråleepitaxi," sagde Higo. "Der er mange parametre til denne proces, der skal finjusteres, og vi er stadig ved at forfine processen for at se, hvordan den kan skaleres op, hvis den er at blive en industriel metode en dag."

Forskningen blev offentliggjort i Nature . + Udforsk yderligere

Elektrisk manipulation af magnetiske partikler giver mulighed for stor højhastighedshukommelse