Forskere skaber nanoskalastruktur til computerchips, der kunne give højere ydeevne hukommelse

(Phys.org) —Forskere ved UCLA har skabt en magnetisk komponent i nanoskala til computerhukommelseschips, der markant kan forbedre deres energieffektivitet og skalerbarhed.

Designet bringer en ny og meget efterspurgt type magnetisk hukommelse et skridt tættere på at blive brugt i computere, mobil elektronik såsom smartphones og tablets, samt store computersystemer til big data. Den innovative asymmetriske struktur gør det muligt for den bedre at udnytte elektronernes spin- og orbitale egenskaber, hvilket gør den meget mere strømeffektiv end nutidens computerhukommelse.

"Dette arbejde vil sandsynligvis give en kraftfuld tilgang til konstruktion af nye nanoelektroniske enheder og systemer, " sagde Kang Wang, Raytheon professor i elektroteknik ved UCLA Henry Samueli School of Engineering and Applied Science og undersøgelsens hovedefterforsker. "I forbindelse med beslægtede typer magnetiske enheder, der undersøges af vores team, det repræsenterer en enorm mulighed for at realisere højere ydeevne hukommelse og logik for fremtidig instant-on og energieffektiv, grønne elektroniske systemer."

Forskningen blev offentliggjort 11. maj i Natur nanoteknologi .

Enheder, der bruger spin-baseret elektronik, eller "spintronics, "forbruger mindre energi end konventionel elektronik ved at bruge elektronernes spins frem for deres ladning. Et varmt forskningsområde inden for spintronics er at reducere behovet for elektrisk strøm ved at bruge både elektronernes spin og orbitale egenskaber, også kaldet "spin-orbit drejningsmoment."

Spintronics-baserede computerchips bruger magnetiske materialer for at øge strømeffektiviteten. Processen, der gør det muligt at skrive computerhukommelse - eller udføre computerfunktioner - udløses, når elektrisk strøm "skifter" polariteten af ​​et tilstødende magnetisk materiale. I eksisterende spin-orbit drejningsmomentenheder, denne proces kræver normalt et tilstødende magnetfelt for fuldt ud at fuldføre omskifteren.

Strukturen udtænkt ved UCLA eliminerer behovet for et tilstødende magnetfelt. Forskerne skabte i stedet et effektivt magnetfelt ved at variere vinklen på strukturen med nogle få atomer, i en form, der ligner en ostebåd:tykkere i den ene ende og skrånende nedad til en tyndere kant i den anden ende. Selvom højdeforskellen mellem de to ender kun er et par tiendedele af en nanometer - eller et par milliardtedele af en meter - over længden af ​​hver enhed, den nye konfiguration genererer betydeligt ekstra spin-orbit-drejningsmoment, som potentielt kunne bruge en hundrededel af den mængde energi, som chipsene bruger i nutidens forbrugerelektronik.

Forskerne observerede den magnetfeltfrie omskiftningseffekt i flere eksperimenter, men mekanismen, der tillader den asymmetriske geometri at forbedre magnetisk kobling, er stadig under undersøgelse.

"Dette er et lovende første skridt, tilbyder en potentiel vej til at konstruere nye spin-orbit drejningsmomenthukommelsesceller, samtidig med at de tilbyder ny indsigt i deres fysik, " sagde Pedram Khalili, undersøgelsens co-principal investigator og en adjunkt adjungeret professor i elektroteknik. "Der er behov for yderligere arbejde for at udvikle en mere detaljeret mikroskopisk forståelse af de nye observationer og yderligere evaluere deres anvendelse og skaleringspotentiale."