Ultrahurtig optisk-magnetisk hukommelsesenhed

Magnetic Random-Access Memory (MRAM) teknologi tilbyder et betydeligt potentiale i retning af næste generation af universel hukommelsesarkitektur. Imidlertid er avancerede MRAM'er stadig fundamentalt begrænset af en hastighedsbegrænsning på under nanosekunder, som er forblevet en langvarig videnskabelig udfordring inden for spintronics R&D. I dette dobbelte doktorgradsprojekt demonstrerede Luding Wang eksperimentelt en fuldt funktionel picosecond opto-MRAM byggestensenhed ved at integrere ultrahurtig fotonik med spintronik.

MRAM-udviklingsflaskehalse

Har du nogensinde oplevet en uventet nedlukning af din computer og miste dokumenter i den proces, som du har brugt timer på at arbejde på? Magnetic Random-Access Memory (MRAM) teknologi fokuserer på at manipulere elektronspin for at håndtere sådan en teknisk fejl. Inde i MRAM-bits skrives data ved at skifte retningen af ​​nanomagneter. MRAM gør det således muligt at gemme data på en varig måde, når strømmen er slukket, computere starter hurtigere, og enhederne bruger mindre strøm.

I løbet af de sidste 25 år er to store generationer af MRAM'er blevet opfundet og frigivet til markedet. De tidligste MRAM'er anvender et magnetfelt til at skrive bits, hvorimod state-of-the-art MRAM'er implementerer en spin-strøm baseret metode. Imidlertid er dataskrivningsprocessen for disse MRAM'er blevet hindret af en langvarig udfordring:hastigheden er begrænset til nanosekund-regimet og bruger meget strøm.

Ultrahurtig fotonikintegration

I dette speciale integrerer Luding Wang fra forskningsgruppen Physics of Nanostructures ved Institut for Anvendt Fysik en hurtig udvikling inden for ultrahurtig fotonik, femtosekund (fs) laser:de hurtigste stimuli kommercielt tilgængelige for menneskeheden til at bryde nanosekunds hastighedsbegrænsning , og i processen gøre det tusind gange mere energieffektivt.

I dette dobbelte doktorgradsprojekt har forskere fra Eindhoven University of Technology (TU/e) ledet af prof. dr. Bert Koopmans, og Fert Beijing Institute of Beihang University ledet af prof. dr. Weisheng Zhao, har vist det første proof of concept af denne spintronisk-fotoniske hukommelse ved hjælp af en tværfaglig tankegang.

Hybrid optisk-MRAM-hukommelse

Inspireret af femtosecond laser-inducerede all-optical switching (AOS) ordninger i syntetiske ferrimagnetiske multilag opdaget af TU/e ​​i 2017, er integrationen med MRAM bit dukket op som en konkurrencedygtig vej mod næste generation af MRAM design. Fra sin ph.d. forskning, rapporterer Wang om design og karakterisering af en sådan "hybrid" opto-hukommelsesenhed, opfundet en opto-MRAM bitcelle. Han viser en verdensrekord skrivehastighed på 20 picosekunder (ps), hvilket er 1-2 størrelsesordener ud over de nuværende state-of-the-art MRAM'er, med en forbedret energieffektivitet (≈ 100 femtojoule for at skifte en 50×50 nm2 bit).

Dette første skridt mod udviklingen af ​​en "opto-MRAM" er en meget lovende start mod en unik ikke-flygtig fotonisk hukommelse. Det muliggør en direkte konvertering af optisk information til magnetisk information, uden energikrævende elektroniske konverteringstrin imellem. Desuden repræsenterer de eksperimentelle resultater et vigtigt fremskridt for at stimulere yderligere grundlæggende videnskabelige undersøgelser, der kombinerer områderne spintronik og fotonik. + Udforsk yderligere

Demonstration af højhastigheds SOT-MRAM-hukommelsescelle kompatibel med 300 mm Si CMOS-teknologi