Ett team av internationella forskare under ledning av ingenjörer från National University of Singapore (NUS) har uppfunnit en ny magnetisk enhet för att manipulera digital information 20 gånger mer effektivt och med 10 gånger mer stabilitet än kommersiella spintronic digitala minnen. Den nya spintronic -minnesenheten använder ferrimagneter och utvecklades i samarbete med forskare från Toyota Technological Institute, Nagoya, och Korea University, Seoul.

Detta genombrott har potential att påskynda den kommersiella tillväxten av spinnbaserat minne. "Vår upptäckt kan ge en ny enhetsplattform till spintronicindustrin, som för närvarande kämpar med problem kring instabilitet och skalbarhet på grund av de tunna magnetiska elementen som används, "säger docent Yang Hyunsoo från NUS -avdelningen för el- och datateknik, som stod i spetsen för projektet.

Uppfinningen av detta nya spintronic -minne rapporterades först i tidningen Naturmaterial den 3 december 2018.

Ökad efterfrågan på nya minnetekniker

I dag, digital information genereras i oöverträffade mängder över hela världen, och som sådan finns det en ökande efterfrågan på lågkostnad, låg effekt, mycket stabil, och mycket skalbara minnes- och datorprodukter. Ett sätt att uppnå detta är med nya spintronic -material, där digitala data lagras i uppåt eller nedåt magnetiska tillstånd av små magneter. Dock, medan befintliga spintronic -minnesprodukter baserade på ferromagneter lyckas möta några av dessa krav, de är fortfarande mycket dyra på grund av skalbarhet och stabilitetsproblem.

"Ferromagnetbaserade minnen kan inte växas utöver några nanometer tjocka eftersom deras skriveffektivitet sjunker exponentiellt med ökande tjocklek. Detta tjockleksintervall är otillräckligt för att säkerställa stabiliteten hos lagrade digitala data mot normala temperaturvariationer, "förklarade Dr. Yu Jiawei, som var involverad i detta projekt medan han fortsatte sina doktorandstudier vid NUS.

En ferrimagnetisk lösning

För att hantera dessa utmaningar, laget tillverkade en magnetisk minnesenhet med hjälp av en intressant klass av magnetiskt material - ferrimagneter. Avgörande, det upptäcktes att ferrimagnetiska material kan odlas 10 gånger tjockare utan att kompromissa med den totala dataskrivningseffektiviteten.

"Snurrningen av de strömbärande elektronerna, som i princip representerar den data du vill skriva, upplever minimalt motstånd i ferrimagneter. Tänk dig skillnaden i effektivitet när du kör din bil på en åttafelsig motorväg jämfört med en smal stadsfil. Medan en ferromagnet är som en stadsgata för en elektronns snurr, en ferrimagnet är en välkomnande motorväg där dess snurr eller den underliggande informationen kan överleva på ett mycket långt avstånd, "förklarade Rahul Mishra, som ingick i forskargruppen och en aktuell doktorand med gruppen.

Med hjälp av en elektronisk ström, NUS -forskarna kunde skriva information i ett ferrimagnetiskt minneselement som var 10 gånger stabilare och 20 gånger mer effektivt än en ferromagnet.

För denna upptäckt, Docent Yangs team utnyttjade det unika atomarrangemanget i en ferrimagnet. "I ferrimagneter, de närliggande atommagneterna är motsatta till varandra. Störningen som orsakas av en atom till ett inkommande snurr kompenseras av nästa, och som ett resultat färdas information snabbare och längre med mindre effekt. Vi hoppas att dator- och lagringsindustrin kan dra nytta av vår uppfinning för att förbättra prestanda och datalagringskapacitet hos nya spinnminnen, "sade docent Yang.

Nästa steg

NUS -forskargruppen planerar nu att undersöka dataskrivning och läshastighet för deras enhet. De förväntar sig att enhetens särpräglade atomegenskaper också kommer att resultera i dess ultrasnabba prestanda. Dessutom, de planerar också att samarbeta med branschpartner för att påskynda den kommersiella översättningen av deras upptäckt.