Kohti spintronisia MRAM-muisteja

07.01.2020

Tokyo-Tech-Spintroninen-MRAM-300.jpgUusi yksinkertainen materiaaliyhdistelmä toimii muistiyksikkönä, joka tukee sekä luku- että kirjoitusoperaatioita. Topologisen eristemateriaalin spininjektio kääntää ferromagneettisen materiaalin magnetoinnin, toimien "kirjoitus" -operaationa. Lisäksi spin-injektio muuttaa materiaalien kokonaisresistanssia, jota voidaan mitata ulkoisen piirin kautta ja toimien "luku" -operaationa.

Tokion teknillisen instituutin tutkijat kehittävät uutta materiaalikokoonpanoa, joka asettaa uuden vaiheen magneettisille hajasaantimuisteille, jotka luottavat spiniin ja voisivat suorituskyvyllään ylittää nykyiset tallennuspiirit.

Läpimurto kuvaa uutta strategiaa spinilmiöiden hyödyntämiseksi topologisissa materiaaleissa, mikä voisi aikaansaada useita edistysaskeleita spinelektroniikan alalla.

Tutkijat ovat maailmanlaajuisesti yrittäneet manipuloida spiniin liittyviä ominaisuuksia tietyissä materiaaleissa ja jo toimivissa sovelluksissa, etenkin haihtumattomissa muisteissa.

Tokion työryhmä julkaisi tutkimuksen yksisuuntaisesta spin Hall-magnetoresistanssista (unidirectional spin Hall magnetoresistance, USMR), spiniin liittyvästä ilmiöstä, jota voidaan käyttää MRAM-solujen kehittämiseen erittäin yksinkertaisella rakenteella.

Nykyinen MRAM-rakenne vaatii noin 30 erittäin ohutta kerrosta, mikä on erittäin haastavaa valmistaa. Hyödyntämällä riittävän suurta USMR-ilmiötä lukuoperaatioihin, muistisoluille tarvitaan vain kaksi kerrosta.

Spin Hall -vaikutus johtaa elektronien kertymiseen tietyllä spinillä materiaalin sivupinnoille. Tämän tutkimuksen taustalla oli, että spin Hall -vaikutus, joka on erityisen vahva topologisissa eristeissä voi johtaa jättiläismäiseen USMR:ään yhdistämällä topologinen eriste ferromagneettisen puolijohteen kanssa.

Periaatteessa, kun elektroneja, joilla on sama spin, kerääntyy kahden materiaalin väliseen rajapintaan spin Hall -efektin vuoksi, spinit voidaan injektoida ferromagneettiseen kerrokseen ja siten kääntää sen magnetoituminen, mikä mahdollistaa muistin kirjoitusoperaatiot.

Samanaikaisesti komposiittirakenteen resistanssi muuttuu magnetointisuunnan myötä USMR-vaikutuksesta johtuen. Koska resistanssi voidaan mitata ulkoisella piirillä, tämä mahdollistaa muistin lukuoperaatiot, joissa data voidaan lukea samalla virtapolulla kuin kirjoitusoperaatiot.

Tähänastisilla materiaaliyhdistelmillä ei kuitenkaan ole saavutettu riittävän suurta USMR-vaikutusta.

Tokyo Techin tutkijat kehittivät yhdistelmärakenteen, joka käsitti kerroksen galliummangaaniarsenidia (GaMnAs, ferromagneettinen puolijohde) ja vismutti-antimonidia (BiSb, topologinen eriste). Tällä yhdistelmällä he ovat onnistuneet saamaan jättimäisen USMR-suhteen, mikä tekee mahdolliseksi käyttää tätä ilmiötä reaalimaailman sovelluksissa.

"Tuleva materiaalitekniikan kehitys voi edelleen parantaa USMR-suhdetta, mikä on välttämätöntä USMR-pohjaisille MRAM:ille, joilla on erittäin yksinkertainen rakenne ja nopea lukema. Yli 1%:n USMR-suhteen osoittaminen on tärkeä askel kohti tätä tavoitetta", toteaa tri Hai yliopistonsa tiedotteessa.

Aiheesta aiemmin:

Uusia rakenteita MRAM-muisteille

Spintroniikkaa ja topologiaa

12.07.2024Hyönteisistä inspiroidut liiketunnistin ja logiikka
08.07.2024Kvanttiannealaari parantaa ymmärrystä kvanttimonikehojärjestelmistä
05.07.2024Hyönteisten lennon salaperäinen mekaniikka
01.07.2024Eksitonit mahdollistavat erittäin ohuen linssin
28.06.2024Luontoa tarkkaillen
27.06.2024Uusi fysikaalinen ilmiö kahden erilaisen materiaalin rajapinnassa
20.06.2024Perovskiiteistä 1D-nanolankoja ja topologisia polaroneita
19.06.2024Täysin optinen fotonisiru tunnistaa ja käsittelee
19.06.2024Uusia toiveita sinkki-ilma akuille
17.06.2024Elektroneille viisikaistainen supervaltatie

Siirry arkistoon »