Энергосберегающее магнитное ОЗУ - новый строительный блок для спинтроники

Исследователи из Университета науки и технологий Похана (POSTECH) и Сеульского национального университета в Южной Корее продемонстрировали новый способ повышения энергоэффективности энергонезависимого устройства магнитной памяти под названием SOT-MRAM. Это открытие открывает новое окно захватывающих возможностей для будущей энергосберегающей магнитной памяти, основанной на спинтронике.

В современных компьютерах для хранения информации используется оперативная память (RAM). SOT-MRAM (spin-orbit torque magnetic RAM, магнитное ОЗУ со спин-орбитальным вращающимся моментом) является одним из основных кандидатов для технологий памяти следующего поколения, которые стремятся превзойти производительность различных существующих ОЗУ. SOT-MRAM может работать быстрее, чем самая быстрая из существующих RAM (SRAM), и сохранять информацию даже после отключения электропитания, тогда как все быстрые RAM, существующие сегодня, теряют информацию, как только источник энергии отключается. Однако нынешний уровень технологии SOT-MRAM не является удовлетворительным из-за высокого запроса на энергию - для записи информации требуется большой запас энергии (или большой ток). Снижение потребности в энергии и повышение энергоэффективности - нерешенная проблема для SOT-MRAM.

SOT-MRAM хранит информацию и записывает изменения с помощью изменений направлений намагничивания. Изменение направления намагничивания достигается за счет специального физического явления, называемого SOT, которое изменяет направление намагничивания при приложении тока. Для повышения энергоэффективности мягкие магниты являются идеальным выбором материала, поскольку их направления намагничивания можно легко менять с помощью небольшого тока. Мягкие магниты - плохой выбор для безопасного хранения информации, поскольку их направление намагничивания может быть изменено даже тогда, когда оно не требуется - из-за теплового шума или другого шума. По этой причине в большинстве попыток создания SOT-MRAM используются жесткие магниты, потому что их направление намагничивания нелегко изменить из-за шума. Но такой выбор материала неизбежно снижает энергоэффективность SOT-MRAM.

Совместная исследовательская группа под руководством проф. Хюнь-Ву Ли (Hyun-Woo Lee) с факультета физики POSTECH и проф. Цзе-Гынь Парка (Je-Geun Park) с факультета физики Сеульского национального университета продемонстрировала способ повышения энергоэффективности без ущерба для безопасного хранения. Они сообщили, что сверхтонкий теллурид железа-германия (Fe3GeTe2, FGT) - ферромагнитный материал с особой геометрической симметрией и квантовыми свойствами - переключается с жесткого магнита на мягкий при приложении небольшого тока. Таким образом, когда запись информации не предполагается, материал остается жестким магнитом, что хорошо для безопасного хранения, и только когда предполагается, материал переключается на мягкий магнит, что позволяет повысить энергоэффективность.

«Интригующие свойства слоистых материалов никогда не перестают меня удивлять: ток через FGT вызывает весьма необычный тип спин-орбитального момента (SOT), который изменяет энергетический профиль этого материала, переключая его с жесткого магнита на мягкий магнит. Это резко контрастирует с SOT в других материалах, которые могут изменять направление намагничивания, но не могут переключать жесткий магнит на мягкий магнит», - объясняет проф. Ли.

Эксперименты группы проф. Парка показали, что это устройство магнитной памяти на основе FGT очень энергоэффективно. В частности, измеренная величина SOT на приложенную плотность тока на два порядка больше, чем значения, сообщенные ранее для других материалов-кандидатов для SOT-MRAM.

«Управление магнитными состояниями с помощью небольшого тока имеет большое значение для следующего поколения энергоэффективных устройств. Они смогут хранить большие объемы данных и обеспечивать более быстрый доступ к данным, чем сегодняшние электронные запоминающие устройства, при этом потребляя меньше энергии», - отмечает д-р Кайсюань Чжан (Kaixuan Zhang), руководитель группы профессора Парка.

«Наши открытия открывают захватывающие возможности для применения в области электрической модуляции и спинтроники с использованием двумерных слоистых магнитных материалов», - заключил проф. Ли.

Ready, set, buy! Посібник для початківців - як придбати Copilot для Microsoft 365