Minneskort är bland de mest grundläggande komponenterna i datorer. Slumpmässigt åtkomstminne är där processorer tillfälligt lagrar sina data, vilket är en avgörande funktion. Forskare från Dresden och Basel har nu lyckats lägga grunden för ett nytt minne -chip -koncept. Den har potential att använda betydligt mindre energi än de chips som hittills har producerats - detta är viktigt inte bara för mobila applikationer utan också för stora datacenter. Resultaten presenteras i den senaste volymen av den vetenskapliga tidskriften Naturkommunikation .

De rent elektriska minneskretsarna som vanligtvis används idag har en betydande nackdel:"Detta minne är flyktigt och dess tillstånd måste uppdateras kontinuerligt, säger doktor Tobias Kosub, första författare till studien och postdoktoral forskare vid Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR). "Detta kräver ganska mycket energi." Konsekvenserna kan ses, till exempel, på stora datacentraler. Å ena sidan, deras elräkningar stiger med ökad datorkraft. Å andra sidan, chipsen värms allt mer upp baserat på deras energiförbrukning. Datacentren har allt svårare att sprida denna värme. Vissa molnoperatörer går så långt som att sätta upp sina serverfarmar i kalla områden.

Det finns ett alternativ till dessa elektriska minneskort. MRAM sparar data magnetiskt och kräver därför inte konstant uppdatering. Dom gör, dock, kräver relativt stora elektriska strömmar för att skriva data till minne, vilket minskar tillförlitligheten:"De hotar att slits ut för snabbt och går sönder om avbrott uppstår under skriv- eller läsprocessen, Säger Kosub.

Elektrisk spänning istället för ström

Den vetenskapliga världen har därför arbetat med MRAM -alternativ ett bra tag. En materialklass som kallas "magnetoelektriska antiferromagneter" verkar särskilt lovande. Dessa magneter aktiveras av en elektrisk spänning snarare än av en ström. "Dessa material kan inte enkelt kontrolleras, "förklarar HZDR -gruppledare Dr Denys Makarov." Det är svårt att skriva data till dem och läsa dem igen. "Hittills har man antagit att dessa magnetoelektriska antiferromagneter bara kan läsas indirekt via ferromagneter, som, dock, förnekar många av fördelarna. Målet är därför att producera ett rent antiferromagnetiskt magnetoelektriskt minne (AF-MERAM).

Det är just detta forskargrupperna från Dresden och Basel nu har lyckats göra. De utvecklade en ny AF-MERAM-prototyp baserad på ett tunt lager av kromoxid. Detta sätts in - som en smörgåsfyllning - mellan två nanometer -tunna elektroder. Om en spänning appliceras på dessa elektroder, kromoxiden "vänder" till ett annat magnetiskt tillstånd - och biten är skriven. Nyckeln är att några volt räcker. "I motsats till andra begrepp, vi kan minska spänningen med en faktor femtio, "säger Kosub." Detta gör att vi kan skriva lite utan överdriven energiförbrukning och uppvärmning. "En särskild utmaning var förmågan att läsa upp den skrivna biten igen.

För att göra det, fysikerna fäst ett nanometertunt platinaskikt ovanpå kromoxiden. Platinum möjliggör avläsning genom ett speciellt elektriskt fenomen - Anomalous Hall Effect. Den faktiska signalen är mycket liten och överlagras av störningssignaler. "Vi kunde, dock, utveckla en metod som dämpade störningsstormen, tillåter oss att få den användbara signalen, "Makarov beskriver." Detta var, faktiskt, genombrottet. "Resultaten ser mycket lovande ut enligt professor Oliver G. Schmidt från Leibniz Institute for Solid State and Materials Research Dresden, som också deltog i studien:"Det kommer att bli spännande att fortsätta hur detta nya tillvägagångssätt kommer att positionera sig med avseende på etablerad kiselteknik." Nu är forskarna på väg att utveckla konceptet ytterligare.

"Materialet fungerar hittills vid rumstemperatur, men bara inom ett smalt fönster, "säger Kosub." Vi vill avsevärt utöka sortimentet genom att selektivt ändra kromoxiden. "För att uppnå detta, kollegorna från Swiss Nanoscience Institute och Department of Physics vid University of Basel har gjort ett viktigt bidrag. Deras nya undersökningsmetod ger bilder av kromoxidens magnetiska egenskaper för första gången med nanoskalaupplösning. Experterna siktar nu på att integrera flera minneselement på ett enda chip. Än så länge, bara ett enda element förverkligades, som bara kan lagra en bit. Nästa steg, en avgörande för möjliga tillämpningar, är att konstruera en uppsättning av flera element. "I princip, sådana minneschips kan produceras med standardmetoder som används av datortillverkare, "säger Makarov." Detta är en av anledningarna till att industrin har visat stort intresse för sådana komponenter. "