Upphovsman:Pohang University of Science &Technology (POSTECH)
Forskare vid Pohang University of Science and Technology (POSTECH) och Seoul National University i Sydkorea har visat ett nytt sätt att förbättra energieffektiviteten hos en icke-flyktig magnetisk minnesenhet som kallas SOT-MRAM. Publicerad i Avancerade material , detta fynd öppnar ett nytt fönster med spännande möjligheter för framtida energieffektiva magnetminnen baserade på spintronics.
I moderna datorer, slumpmässigt åtkomstminne (RAM) används för att lagra information. SOT-MRAM (spin-orbit vridmoment magnetiskt RAM) är en av de ledande kandidaterna för nästa generations minnesteknik som syftar till att överträffa prestanda för olika befintliga RAM-minne. SOT-MRAM kan fungera snabbare än det snabbaste befintliga RAM-minnet (SRAM) och behålla information även efter att den elektriska energiförsörjningen är avstängd medan alla snabba RAM-minne som finns idag förlorar information så snart energiförsörjningen stängs av. Den nuvarande nivån på SOT-MRAM-tekniken är inte tillfredsställande, dock, på grund av dess höga energibehov; det kräver stor energiförsörjning (eller stor ström) för att skriva information. Att sänka energibehovet och öka energieffektiviteten är ett enastående problem för SOT-MRAM.
I SOT-MRAM, magnetiseringsriktningar för små magneter lagrar information och skrivmängder för att ändra magnetiseringsriktningarna till önskade riktningar. Magnetiseringsriktningsändringen uppnås genom ett speciellt fysikfenomen som kallas SOT som modifierar magnetiseringsriktningen när en ström appliceras. För att förbättra energieffektiviteten, mjuka magneter är idealiskt materialval för de små magneterna eftersom deras magnetiseringsriktningar lätt kan växlas med en liten ström. Mjuka magneter är dåliga val för säker lagring av information eftersom deras magnetiseringsriktning kan ändras även om det inte är avsett - på grund av termiskt brus eller annat buller. Av denna anledning, de flesta försök att bygga SOT-MRAM använder hårda magneter, eftersom de magnetiserar mycket starkt och deras magnetiseringsriktning inte lätt förändras av brus. Men detta materialval gör oundvikligen SOT-MRAM:s energieffektivitet dålig.
Schematisk framställning av Fe3GeTe2-baserad icke-flyktig minnesprototyp. Fe3GeTe2 är en ferromagnet, där dess snurr (små vita pilar) riktas in i samma riktning. Spinnens orientering definierar 1 eller 0 binära bitar. a) Utgångsläge, där informationen 0 registreras. b) För att skriva ny information, en liten ström (orange pil) appliceras, som ändrar materialet från en hård magnet till en mjuk magnet så att den lagrade informationen enkelt kan modifieras (säg, från 0 till 1). c) När strömmen stängts av, materialet ändras tillbaka till en hård magnet, och informationen 1 skriven i steget b) kan behållas under lång tid utan extern strömförsörjning, vilket gör det till ett icke-flyktigt minne. Kredit:POSTECH &SNU
En gemensam forskargrupp ledd av professor Hyun-Woo Lee vid Institutionen för fysik vid POSTECH och professor Je-Geun Park vid fysiska institutionen vid Seoul National University (tidigare associerad chef för Center for Correlated Electrons Systems inom Institute for Basic Science i Korea), visat ett sätt att förbättra energieffektiviteten utan att offra kravet på säker lagring. De rapporterade att ultratunt järn -germaniumtellurid (Fe 3 GeTe 2 , FGT) - ett ferromagnetiskt material med speciell geometrisk symmetri och kvantegenskaper - växlar från en hård magnet till en mjuk magnet när en liten ström appliceras. Således när informationsskrivning inte är avsedd, materialet förblir en hård magnet, vilket är bra för säker förvaring, och bara när det är avsett att skriva, materialet växlar till en mjuk magnet, möjliggör ökad energieffektivitet.
"Spännande egenskaper hos skiktade material upphör aldrig att förvåna mig:strömmen genom FGT inducerar en mycket ovanlig typ av spin-orbit-vridmoment (SOT), som modifierar energiprofilen för detta material för att byta det från en hård magnet till en mjuk magnet. Detta står i klar kontrast till SOT som produceras av andra material, som kan ändra magnetiseringsriktningen men inte kan byta en hård magnet till en mjuk magnet, "förklarar professor Lee.
Experiment från professor Parks grupp avslöjade att denna FGT-baserade magnetiska minnesenhet är mycket energieffektiv. Särskilt, den uppmätta storleken på SOT per applicerad strömtäthet är två storleksordningar större än de värden som tidigare rapporterats för andra kandidatmaterial för SOT-MRAM.
Prototypen byggd med den ferromagnetiska metallen Fe3GeTe2 (FGT, röd) har en gigantisk SOT vars effektiva magnetfältstyrka är två storleksordningar större än andra SOT-MRAM-prototyper. Forskarna mätte en effektiv magnetfältstyrka på grund av att SOT var cirka 50 Oersted för en liten strömtäthet på 1 mA/μm2. Ferromagnetiska material riktar sina snurr i samma riktning under Curie -temperaturen (Tc). Kredit:POSTECH &SNU
"Att styra magnetiska tillstånd med en liten ström är avgörande för nästa generations energieffektiva enheter. Dessa kommer att kunna lagra större mängder data och möjliggöra snabbare datatillgång än dagens elektroniska minnen, samtidigt som man förbrukar mindre energi, "konstaterar Dr Kaixuan Zhang som är gruppledare i professor Parks grupp, intresserad av att studera tillämpningen av korrelerad kvantfysik i spintroniska enheter.
"Våra fynd öppnar upp en fascinerande väg för elektrisk modulering och spintroniska applikationer med hjälp av 2-D-lagrade magnetiska material, "stängde professor Lee.
