今天的計算機經常使用的有多達四種不同的記憶體技術,從硬碟到記憶體晶元,每個都有自己的優點和缺點。然而,一項新的儲存記憶技術可能會打破這一狀態,實現具有獨特的功能組合。這項技術的縮寫是stt-mram,即自旋轉移矩磁隨機訪問儲存器的英文簡稱。
「所有其他的記憶體技術都擅長一些特性功能,而不擅長於其他功能。人們希望stt-mram可以對於一切功能都能應用很好,」電氣工程師holger schmidt說,他是加州大學聖克魯斯分校光電子學教授。
作為乙個三星全球創新計畫15個 mram的夥伴之一,施密特實驗室與三星的研究人員合作,共同進行開發這一新興的儲存技術。他的專長在光電領域,施密特使用的是基於超短脈衝雷射的光學技術,研究三星試製的原型器件。他的評估可以幫助公司優化他們的材料和製造工藝。
奈米磁體
stt-mram進行資訊的儲存是在小型的磁性元件或者橫截面小於100微公尺的奈米磁體的磁態中。不像其他磁儲存技術,如硬驅動以及其中旋轉或磁光碟的讀寫頭,stt-mram器件不需要動,因為其中所用電流進行讀和寫兩種資料的處理。儘管當前的技術仍有很大的改善空間,但該項技術對於實現具有高速、高密度、高能源效率的儲存技術有很重要的潛在價值,這是一種非易失性儲存器,意味著這種儲存的資訊,即使當電源被切斷時也不會丟失。
在過去20年裡,物理和材料科學領域的幾個關鍵的進展,導致stt-mram和其他所謂的自旋電子技術的發展。而電子裝置是基於電荷的運動,自旋電子學所利用的是電子的另乙個特性稱為自旋。自旋是量子力學中很奇特的概念之一,在我們的巨集觀世界中沒有直接的等價物。可以說,電子的行為就像它們在旋轉,產生乙個小的磁矩(就像乙個微小的條形磁鐵的北極和南極),可以與材料中其他電子和原子相互作用。
在stt-mram裝置中的微型磁體,稱為自旋閥或磁性隧道結,有兩個由薄層阻擋開的磁層而電流能夠在其間流通。當兩磁性層的自旋對齊時,抵抗力較低,如果兩層有相反的自旋,阻力就會很大,提供兩可讀和可轉換的狀態代表在計算機的二進位制邏輯0和1。
自旋轉移
利用電流作為自旋閥的狀態的開關是一項關鍵性的創新。在乙個極化電流中,電子的自旋排列對其可以轉移電子的自旋態穿過乙個磁層,這種現象稱為自旋轉移力矩(stt)。
據schmidt敘述,其中乙個挑戰是晶元在盡可能小功率下工作,從而保證他們產生較少的熱量。他解釋說,切換實現需要多少電流,取決於阻尼,或需要多長時間才能安定下來進入乙個新的自旋態。在奈米磁體中陣列阻尼引數的測量是非常具有挑戰性的,但schmidt的實驗室能夠使用短脈衝雷射做這個測試。他和他的合作者,其研究生和第一作者mike jaris,報告了他們的最新發現,並發表在《應用物理通訊》雜誌上。
「我們能夠提取阻尼的原型裝置,測量和顯示磁體材料效能相對於製造工藝的影響,」 schmidt說。
他說,與三星的合作令人興奮,在他的實驗室,能夠讓他的學生有機會在乙個新興技術的前沿工作。「這是乙個完全不同型別的記憶體,我希望看到它未來幾年在更多的應用程式中使用。」
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