Vauhdikkaita muistirakenteita

Magneettisen tunneliliitos (keltaiset ja punaiset levyt), jossa punaisen levyn magnetoituminen käännetään elektronin spinillä (siniset ja keltaiset nuolet). Kääntöprosessi mitataan tunneliresistanssin kautta (pystysuorat siniset nuolet).

Magneettiset muistit (MRAM) toimivat yhdistelmällä sähkövirralla tehtävää nopeaa bitinvaihtoa ja datan pysyvää tallennusta magneettisissa materiaaleissa.

Virtaindusoidut spin-transfer momentit (STT) ja spin-orbit momentit (SOT) mahdollistavat magneettisten tunneliliitosten (MTJ) sähköisen kytkemisen magneettisissa hajasaantimuisteissa.

Zürichin ETH:n materiaalitieteen osastolla Pietro Gambardella ja hänen yhteistyökumppaninsa (IMEC) ovat mittailleet magneettisten muistipiirien yksittäisten kirjoitustapahtumien ajoituksia. He onnistuivat ratkaisemaan ajallisesti yksittäisen tallennustapahtuman tarkan dynamiikan ja toteuttamaan muutamia temppuja sen nopeuttamiseksi.

Tulokset ovatkin merkityksellisiä seuraavan sukupolven magneettisille muisteille.

Nopean ja luotettavan muistipiirin kannalta on välttämätöntä, että aikavaihtelut yksittäisten tapahtumien välillä minimoidaan. Joten tutkijat kehittivät datansa pohjalta strategian, jonka avulla nämä vaihtelut voidaan tehdä mahdollisimman pieniksi.

Tätä varten he muuttivat magnetointivaihdon ohjaamiseen käytettyjä virtapulsseja siten, että saadaan aikaan kaksi ylimääräistä fysikaalista ilmiötä. Spinsiirtomomentti ja lyhyt jännitepulssi kääntövaiheessa johtivat nyt vaihtotapahtuman kokonaisajan lyhentymiseen alle 0,3 nanosekuntiin ja hajonnan alle 0,2 nanosekuntiin.

"Täten olemme löytäneet menetelmän, jolla data voidaan tallentaa magneettisiin tunneliliitoksiin käytännössä ilman virheitä ja alle nanosekunnissa", toteaa Gambardella yliopistonsa tiedotteessa.

Lisäksi yhteistyö IMEC:n kanssa teki mahdolliseksi testata uutta tekniikkaa suoraan teollisuudelle sopivalla kiekolla. Periaatteessa tekniikka olisi heti käyttövalmis uudessa MRAM-sukupolvessa uskovat tutkijat.

Enemmän tulevaisuuden muistitekniikkaa edustavat skyrmionit, joiden on nyt havaittu olevan hallittavissa korkeissakin lämpötiloissa.

Johannes Gutenberg Mainzin yliopiston (JGU) ja Massachusetts Institute of Technologyn (MIT) -yhteistyöhanke tutkii rakenteita, jotka voisivat toimia magneettisissa siirtorekistereissä, eli kilparata-tyyppisissä muistielementeissä. Tämäntyyppinen tallennus lupailee pienet hakuajat, suuren tietotiheyden ja alhaisen energiankulutuksen.

Nyt ryhmä havainnoi skyrmionien miljardikertaisesti toistettavaa liikettä ja uuden topologisesti vakautetun spinrakenteen, mikä on lupaava ehdokas käytettäväksi databitteinä kilparadalla.

"Tämä on loistava hetki, koska olemme työskennelleet pitkään saadakseen tämän tutkimuksen päätökseen. Nyt kun tiedämme, että skyrmioneja voidaan siirtää lämpötiloissa, jotka ovat tyypillisiä tietokoneen sisätiloissa, voimme keskittyä nopeisiin järjestelmiin ja saada kokeellinen tekniikka paremmaksi kuin nykyinen tallennustekniikka", kommentoi tutkimusartikkelin kirjoittaja tri Kai Litzius yliopistonsa tiedotteessa.

Aiheista aiemmin:

Kohti spintronisia MRAM-muisteja

Skyrmioneja huonelämpötilassa