Schema över strukturer för tre typer av spin-omlopps-vridmoment-inducerad magnetiseringsschema. (a) Den första föregående strukturen där magnetiseringen är vinkelrät mot filmplanet. (b) Den andra föregående strukturen där magnetiseringen är i planet och ortogonal mot kanalströmmen. (c) Den nya strukturen där magnetiseringen är i plan och i linje med strömmen. Kredit:Shunsuke Fukami
Forskargruppen av professor Hideo Ohno och docent Shunsuke Fukami vid Tohoku University har utvecklat en magnetisk minnesenhet med ny struktur som använder spin-orbit-moment-inducerad magnetiseringsväxling.
Under dessa två decennier, mycket ansträngning har ägnats åt utvecklingen av magnetiska direktminnen (MRAM), som lagrar information som magnetiseringsriktningen för en magnet. Eftersom magnetiseringen kan, vara i allmänhet, backas i hög hastighet obegränsat, MRAM-minnen betraktas som en lovande ersättning för för närvarande använda halvledarbaserade arbetsminnen såsom statiska direktminnen (SRAM) och dynamiska direktminnen (DRAM), som nu står inför flera allvarliga problem.
Den centrala frågan i MRAM-utvecklingen är hur man kan uppnå magnetiseringsreversering effektivt.
Nyligen, spin-orbit-vridmoment (SOT)-inducerad magnetiseringsomkoppling - där vridmoment som åstadkoms av en ström i planet genom spin-omloppsinteraktionerna används - demonstrerades och studerades intensivt. I princip, den SOT-inducerade omkopplingen möjliggör en ultrasnabb magnetiseringsomkastning på en nanosekunds tidsskala.
Forskargruppen vid Tohoku University visade ett nytt schema för SOT-inducerad magnetiseringsväxling. Medan det hade funnits två typer av omkopplingsscheman där magnetiseringen är riktad ortogonalt mot den applicerade skrivströmmen, den föreliggande strukturen har magnetiseringen som riktar sig i linje med strömmen. Gruppen tillverkade treterminalsenheter med den nya strukturen, där en Ta/CoFeB/MgO-baserad magnetisk tunnelövergång används, och framgångsrikt demonstrerade växlingsoperationen.
Experimentellt resultat av motståndet kontra applicerad strömtäthet under det vinkelräta fältet på -15 mT (a), och +15 mT (b). Det faktum att omkopplingsriktningen beror på tecknet för det vinkelräta fältet indikerar att vridmomentet i rotationsbanan driver magnetiseringsomkastningen. Kredit:Shunsuke Fukami
Den erforderliga strömtätheten för att inducera magnetiseringsomkopplingen var rimligt liten och motståndsskillnaden mellan "0" och "1" tillstånden var rimligt stor, vilket indikerar att den nya strukturen är en lovande kandidat för MRAM-tillämpningarna.
Dessutom, gruppen visade att den nya strukturen har potential att fungera som ett användbart verktyg för att gå djupt in i fysiken för SOT-inducerad switching, där ett antal oupptäckta frågor kvarstår.
Den magnetiska minnesenheten kan lagra informationen utan strömförsörjning, vilket möjliggör en drastisk minskning av strömförbrukningen för integrerade kretsar. Särskilt, denna fördel blir betydande för applikationer som har relativt långa standbytider, såsom sensornoder som sannolikt kommer att spela viktiga roller i framtida IoT-samhällen (Internet of Things).
I detta avseende det nuvarande arbetet förväntas bana väg mot förverkligandet av integrerade kretsar med ultralåg effekt och hög prestanda och IoT-samhällen.
