Muistibitin ja laskennan ohjausta spinvirralla

Carnegie Mellon Universityn I-Husan Kao ja Ryan Muzzio ja tutkijakumppaninsa pystyivät osoittamaan, että sähkövirran ohjaaminen uudenlaisen kaksiulotteisen materiaalin läpi voi hallita viereisen magneettisen materiaalin magneettinen tilaa ilman ulkoisen magneettikentän käyttöä.

Tällä uraauurtavalla työllä, jolla on siihen liittyvä patentti jo vireillä, on potentiaalisia sovelluksia datan tallentamiseen kuluttajatuotteissa, kuten digitaalikameroissa, älypuhelimissa ja kannettavissa tietokoneissa.

Ryhmä tutki laboratoriossaan kaksiulotteisten kvanttimateriaalien, kuten volframiditelluridin (WTe2) luontaisia fysikaalisia ominaisuuksia sekä niiden elektronisia ja spiniin liittyviä ominaisuuksia. WTe2:lle on matalasymmetrinen kiderakenne, jonka avulla voi tuottaa erikoisen SOT-spinvirran sähkökenttää käyttämällä.

Työtä voitaisiin soveltaa magnetoresistiivisiin MRAM-muisteihin, joilla on potentiaalia toteuttaa nopeita ja tiheästi pakattuja datan tallennusbittejä samalla, kun ne käyttävät vähemmän virtaa. Nykyiset MRAM-rakenteet vaativat ulkoisen magneettikentän käyttöä.

"Olemme juuri raaputtaneet pintaa, mitä tämä materiaali voi tehdä", Muzzio toteaa. "Meillä on niin paljon enemmän parametritilaa tutkittavaksi ja niin monia tapoja hyödyntää tätä materiaalia. Tämä on vasta alkua."

Huazhong University of Science and Technologyn tutkijat esittelevät puolestaan kokeellisesti prototyypin muistissa olevien analogisten aritmeettisten operaatioiden (summaus, vähennys ja kertolasku) toteutuksesta, joka perustuu muistissa oleviin sähkövirran mittausyksiköihin, jotka hyödyntävät spin-orbit torque (SOT) –rakenteita.

Analogisille aritmeettisille operaatioille ehdotetut kokeilurakenteet ovat useiden suuruusluokkien verran pienempiä kuin huippuluokan CMOS-vastineensa.

Lisäksi käsiteltävä data ja laskentatulokset voidaan tallentaa paikallisesti tai analoginen laskenta voidaan tehdä haihtumattomissa SOT-piireissä, joita hyödynnetään vaikkapa kuvan reunan havaitsemisen ja signaalin amplitudimodulaation kokeelliseen toteuttamiseen yksinkertaisella rakenteella.

Haihtumattomuuden ja skaalautuvuuden lisäksi CMOS-yhteensopivalla SOT-tekniikalla on alhainen energiankulutus, suuri nopeus ja kestävyys. Siten SOT-rakenteet tarjoavat väylän tiheille muistissa tapahtuville analogisen laskennan toteutuksille.

Aiheista aiemmin:

Vauhdikkaita muistirakenteita

Kohti analogista spintroniikkaa