Forskare från Osaka University, i samarbete med National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (AIST) och Grenoble Alpes University, rapportera en effektiv teknik för att styra riktningen för en magnet i nanostorlek genom uppvärmning med hög hastighet. Forskarna upptäckte också att nanomagneter förstärker mikrovågssignaler. Denna grupps prestationer kommer att bidra till att minska energiförbrukningen för magnetoresistivt slumpmässigt åtkomstminne (MRAM) och artificiell intelligens (AI). Detta kommer att få AI -enheter att läsa och skriva till deras minne mer effektivt, därigenom undertrycker strömförbrukningen för AI -funktioner som maskininlärning och beslutsfattande. Detta är ytterligare ett steg mot att uppnå ett supersmart samhälle.

Att minska strömförbrukningen för informations- och kommunikationsenheter innebär att de kan fortsätta att fungera länge, även under katastrofer. Spintronics är ett brett utforskat område där MRAM -teknik har utvecklats med hjälp av magnetiska tunnelkorsningar (MTJ). MRAM använder en magnetpols riktning för att lagra information, så det kan behålla minnet utan standby -ström. Med hjälp av denna teknik, forskare har försökt minska energiförbrukningen för AI -enheter.

Genom att styra den magnetiska inriktningen av en MTJ med hjälp av en liten ström och spänning, det är möjligt att minska enhetens strömförbrukning. Hur som helst, problemet för MRAM (STT-MRAM) för spin-transfer-torque är att dess spänning ökar snabbt när skrivhastigheten är hög, använder mycket kraft.

Forskargruppen har upptäckt att det är möjligt att skriva information med mindre energi än STT-MRAM genom att ändra magnetisk anisotropi i en MTJ genom att styra den applicerade spänningen. För att göra denna metod praktisk, det är nödvändigt att öka storleken på spänningsstyrd magnetisk anisotropi. Förutom att hitta rätt material, andra metoder för att ändra magnetisk anisotropi har sökts.

Forskarna lyckades framkalla en gigantisk magnetisk anisotropisk förändring i en MTJ med dubbelisolatorlager genom Joule-uppvärmning. När temperaturen i metallskiktet (fritt) i en MTJ ökar, magnetiska anisotropiska förändringar, så blir det möjligt att ändra en magnetpols riktning. De fann att den magnetiska anisotropin berodde på förspänningen på grund av Joule -uppvärmning. Detta visar att temperaturökningen som orsakas av Joule -uppvärmning förändrade magnetisk anisotropi. När forskarna utvärderade det maximala värdet av magnetisk anisotropiförändring för ett givet elektriskt fält, storleken på värmeeffekten var 300 fJ/Vm, vilket var nästan samma som det rapporterade maximala värdet för snabbspänningskontrollen för magnetisk anisotropi (VCMA) med ren elektronisk effekt. Även om värmeeffektströmmen är mycket större jämfört med VCMA, det är mer effektivt än STT för höghastighetsapplikationer. Dessutom, detta värde kommer att öka genom att förbättra värmesystemet i en MTJ.

Forskargruppen fann också att en mikrovågsugn förstärktes av en MTJ med hjälp av den gigantiska magnetiska anisotropiska förändringen. Mikrovågsförstärkning hade tidigare försökt med hjälp av ett mikrovågsfrekvent magnetfält; dock, mikrovågseffekten erhållen med konventionella metoder var 0,005, och det fanns ingen förstärkning. Gruppen uppnådde en mikrovågseffektreflektivitet på 1,6 med ett magnetfält på 50 mT och en mikrovågsfrekvens på 0,4 GHz; det är, Mikrovågsugnen förstärktes med cirka 60 procent jämfört med den ingående mikrovågsugnen.

Förste författaren Minori Goto säger, "Vår studie är den första rapporten om mikrovågsförstärkning med spintronics-enheter. Denna forskning kommer att öppna vägen för att utveckla högpresterande mikrovågsenheter. Framåt, Vi räknar med att vår teknik kommer att tillämpas på nya mikrovågsenheter med hög känslighet och hög effekt. Detta kommer också att bidra till teknik med låg energiförbrukning för MRAM- och AI-hårdvara. "