MIPT -forskare samarbetade med samarbetspartners för en framgångsrik demonstration av magnetoelektriskt slumpmässigt åtkomstminne (MELRAM). En övergång till magnetoelektriskt minne kan möjliggöra betydande energibesparingar, samt omedelbar start av enheter. Deras tidning publicerades i Tillämpad fysikbokstäver .

Slumpmässigt åtkomstminne, eller RAM, är en av huvudkomponenterna i en dator eller smartphone. Den vanligaste typen av RAM är känt som dynamiskt slumpmässigt åtkomstminne, eller DRAM för kort. Det är ett halvledarminne baserat på en enkel princip. I DRAM, varje minnescell består av en kondensator och en transistor. Transistorn används för att släppa in ström i kondensorn, så att den kan laddas och laddas ur. Kondensatorns elektriska laddning lagrar binär information, som konventionellt representeras som nollor (oladdade) och enor (laddade).

"RAM -tekniken har gått snabbt framåt, med minnesmoduler som blir allt snabbare. Dock, denna typ av minne har en stor begränsning som inte kan övervinnas:dess låga energieffektivitet, "säger huvudutredaren Sergej Nikitov från MIPT." I detta dokument, presenterar vi den magnetoelektriska minnescellen. Det kommer att minska energiförbrukningen för bitavläsning och skrivning med en faktor 10, 000 eller mer. "

En MELRAM -cell består av två komponenter med anmärkningsvärda egenskaper. Det första är ett piezoelektriskt material. Piezoelektricitet är en egenskap hos vissa material som deformeras som svar på applicerad spänning och, omvänt, generera spänning under mekanisk spänning. Den andra MELRAM -komponenten är en skiktad struktur som kännetecknas av en hög magnetoelasticitet - magnetiseringens beroende av den elastiska töjningen. Eftersom strukturen är anisotrop - det vill säga det är organiserat olika längs olika axlar, —Det kan magnetiseras längs två riktningar som motsvarar den logiska nollan och en i binär kod. I motsats till dynamiskt RAM, magnetoelektriska minnesceller kan behålla sitt tillstånd:De behöver inte ständigt skrivas om och tappar inte information när strömmen bryts.

"Vi byggde en testbit ungefär en millimeter över och visade att det fungerar, "säger Anton Churbanov, en doktorsexamen student vid Institutionen för fysisk och kvantelektronik, MIPT. "Det är värt att notera att de strukturer vi använde kan tjäna som grund för minnesceller i nanostorlek, vars dimensioner liknar de för vanliga RAM -celler. "

Kärnan i studien är en ny mekanism för dataläsning, tillhandahåller ett alternativ till de sofistikerade magnetfältssensorerna som används i tidigare MELRAM -celler, som inte tillåter enkel nedskalning. Forskarna hittade ett enklare sätt att läsa information, som inte kräver sådana komplicerade arrangemang. När en spänning appliceras på minnescellen, det piezoelektriska skiktet i strukturen deformeras. Beroende på stammens art, magnetisering antar en särskild orientering, lagra information. Magnetfältets förändrade orientering ger upphov till ökad spänning i provet. Genom att detektera denna spänning, minnescellens tillstånd kan bestämmas. Men läsningen kan påverka magnetiseringen; därför, det är nödvändigt att återlämna värdet som har lästs till minnescellen.

Författarna till tidningen säger att deras lösning kan skalas ner utan att det påverkar dess effektivitet negativt. Detta gör MELRAM lovande för datormaskinvaruapplikationer som kräver låg energiförbrukning.