(Phys.org)—2015, forskare upptäckte en ny magnetresistenseffekt - det vill säga, ett nytt sätt på vilket magnetisering påverkar ett materials elektriska motstånd - men hade ännu inte hittat en lovande tillämpning för upptäckten, utöver den befintliga tekniken. Nu i en ny tidning, samma forskare har visat att effekten kan användas för att designa minnen med fyra distinkta stabila magnetiska tillstånd, tillåter minnena att lagra fyra informationsbitar i en enda magnetisk struktur.

Forskarna, Kan Onur Avci et al., vid MIT och ETH Zürich, har publicerat en artikel om det nya minneskonceptet i ett färskt nummer av Bokstäver i tillämpad fysik .

"Med viss enhets- och strukturoptimering, bittätheten för befintliga RAM-minnesenheter kan ökas med flera faktorer, med möjlighet till helelektrisk drift, " berättade Avci Phys.org .

Magnetresistenseffekter går tillbaka till omkring 1850, när Lord Kelvin visade att applicering av ett magnetfält på ett metallföremål ökar objektets elektriska motstånd i en riktning och minskar det i vinkelrät riktning. Sedan dess, flera andra typer av magnetresistans har upptäckts. Mest anmärkningsvärt, Albert Fert och Peter Grünberg vann Nobelpriset i fysik 2007 för deras upptäckt av jättemagnetoresistans, som används för att tillverka magnetfältssensorer som finns i många av hårddiskarna i dagens datorer.

2015, forskare upptäckte den senaste magnetresistenseffekten, kallas enkelriktad spin Hall magnetoresistance. Denna effekt skiljer sig från andra typer av magnetoresistans genom att förändringen i resistans beror på riktningen för antingen magnetiseringen eller den elektriska strömmen. Som forskarna förklarar, denna riktningsberoende effekt uppstår eftersom de spinnpolariserade elektronerna som skapas av spin Hall-effekten i ett omagnetiskt skikt avböjs i motsatta riktningar av magnetiseringen av det intilliggande magnetiska skiktet.

Tidigare, denna nya effekt demonstrerades i tvåskiktsstrukturer bestående av ett omagnetiskt och ett magnetiskt skikt. Men genom att lägga till ytterligare ett magnetiskt lager, forskarna uppnådde en stor potentiell fördel för minnen:förmågan att skilja mellan inte bara två, men fyra magnetiska tillstånd. Andra typer av magnetoresistanseffekter är endast känsliga för magnetiseringarnas relativa orientering (parallell eller antiparallell), även om det är möjligt att ha fyra distinkta magnetiska tillstånd. Eftersom den nya effekten är känslig för magnetiseringsriktningen hos enskilda lager, den kan skilja mellan alla fyra tillstånden.

Forskarna visade sedan fyra distinkta motståndsnivåer som motsvarar de fyra olika magnetiska tillstånden i deras trelagersenhet. De visade att de fyra motståndsnivåerna kan avläsas genom en enkel elektrisk mätning, banar väg för utvecklingen av en helelektrisk multi-bit-per-cell minnesenhet.

Forskarna förväntar sig att det kommer att vara möjligt att skala upp denna minnesenhet till högre bitdensiteter genom att lägga till fler lager, som realistiskt skulle kunna möjliggöra åtta olika magnetiseringstillstånd, var och en med sin egen unika motståndsnivå. I framtiden, forskarna planerar också att leta efter material som uppvisar en större enkelriktad spin Hall magnetoresistanseffekt, vilket ytterligare skulle förbättra prestandan för dessa minnesenheter.

© 2017 Phys.org