I ikke-flygtige hukommelsesteknologier kan 2D-materialer drive et stort spring fremad

Ikke-flygtige hukommelser - som er i stand til at gemme information, selv når strømmen er afbrudt - bruges i vid udstrækning i computere, tablets, pen-drev og mange andre elektroniske enheder. Blandt de forskellige eksisterende teknologier forventes magnetoresistive random-access memory (MRAM), som i øjeblikket kun bruges i specifikke applikationer, at udvide sig betydeligt på markedet i det kommende årti.

De nyeste MRAM'er baseret på spintroniske mekanismer - dvs. fænomener relateret til spin, som er en iboende egenskab ved elektroner og andre partikler - kan tilbyde hurtigere operationer, lavere strømforbrug og lang opbevaringstid med potentielle anvendelser i bærbare enheder, bilindustrien, og Internet of Things, blandt andre.

I denne sammenhæng kan grafen og andre 2D-materialer, der er så tynde som et eller meget få atomlag, spille en forstyrrende rolle. Faktisk kan deres ejendommelige og bemærkelsesværdige egenskaber give løsninger på nuværende teknologiske udfordringer og ydeevnebegrænsninger, der forhindrer yderligere effektiv implementering af MRAM'er; derfor kan de have en stærk indflydelse på designet af næste generation af spintronic-enheder.

Den forventede forbedring og nye muligheder, der kan opstå ved introduktionen af ​​2D-materialer i spin-baserede hukommelsesteknologier, præsenteres i en perspektivisk artikel, offentliggjort i sidste uge i Nature . Dette arbejde, ledet af Catalan Institute of Nanoscience and Nanotechnology (ICN2) på Universitat Autònoma de Barcelona (UAB) campus og National University of Singapore, giver et overblik over feltets topmoderne og aktuelle udfordringer står over for i udviklingen af ​​ikke-flygtige hukommelser generelt, og specifikt, af dem, der anvender spintroniske mekanismer såsom spin-overførselsmoment (STT) og spin-orbit-moment (SOT). Forfatterne diskuterer de fordele, som co-integrationen af ​​2D-materialer i disse teknologier introducerer, hvilket giver et panoramabillede af de allerede opnåede forbedringer samt en udsigt til de mange fremskridt, som yderligere forskning kan frembringe. En mulig tidslinje for fremskridt i løbet af det næste årti spores også.

"Som grundigt diskuteret i papiret," kommenterer ICREA-professor Stephan Roche, gruppeleder ved ICN2 og leder af Graphene Flagship Work Package dedikeret til Spintronics, "de grundlæggende egenskaber ved 2D-materialer såsom atomisk glatte grænseflader, reduceret materialeblanding, krystal symmetrier og nærhedseffekter er drivkræfterne for mulige forstyrrende forbedringer for spin-baserede MRAM'er. Disse fremstår som nøgleaktiverende laveffektteknologier og forventes at sprede sig over store markeder fra indlejrede hukommelser til tingenes internet."

Denne forskning blev koordineret af ICN2 gruppeledere og ICREA professorer Prof. Stephan Roche og Prof. Sergio O. Valenzuela, og af Prof. Hyunsoo Yang fra National University of Singapore. Det blev udført i et samarbejde mellem forskellige medlemmer af Graphene Flagship-projektkonsortiet, herunder forskellige institutter af Centre national de la recherche scientifique (CNRS, Frankrig), Imec (Belgien), Thales Research and Technology (Frankrig) og det franske Atomic Energy Commission (CEA), as well as key industries such as Samsung Electronics (South Korea) and Global Foundries (Singapore), which bring the vision of future market integration.

"It is impressive to observe the scientific results achieved by the spintronics work package and the technology activities carried out in the Imec environment, together with SMEs (Singulus Technologies, GRAPHENEA), which pave the way towards future impact on market applications," states Prof. Jari Kinaret, Director of the Graphene Flagship. "There are still challenges to be overcome to fully deploy the potential of 2D materials in real-life applications, but the expected industrial and economic benefits are very high."

"Funding efforts made by the European Commission to support the Graphene Flagship activities could position Europe at the lead of innovation spintronic technologies in a decade timescale," adds Prof. Andrea Ferrari, Science and Technology Officer of the Graphene Flagship. + Udforsk yderligere

Exploring new spintronics device functionalities in graphene heterostructures