Monitoimisia rajapintoja

Penn State Universityn fysiikan professori Qi Lin johtaman tutkimusryhmän kehittämällä menetelmällä voitaisiin luoda monitasoisia ja monitoimisia piirejä sekä parantaa nanoelektroniikan ja spintroniikan komponentteja.

Li kollegoineen on suunnitellut materiaalirajapinnan, joka yhdistää yhdeksi rakenteeksi sekä sähköisen että magneettisen tunneliliitoksen. Ferrosähköisissä materiaaleissa on spontaani negatiivinen ja positiivinen polarisaatio joka voidaan kääntää. Toisaalta, ferromagneettiset materiaalit, kuten rauta, muodostavat kestomagneetteja joiden magnetointisuunta on myös käännettävissä.

Tutkijoiden tavoitteena on luoda monitoiminen rakenne korvaamalla tunneliliitoksen estokerros ferrosähköis-magneettisella rajapinnalla. Kuvassa liitos kahden polarisaation kokoonpanossa. Punainen kerros on ferrosähköisen este ja vihreä kerros lisärajapinta, joka voi vaihtaa tilaansa metallista eristeeseen mutta myös magneettisesti kun esteen polarisaatio käännetään päinvastaiseksi.

Tällaisessa rajapinnassa tunnelointiresistanssin muutosero parani peräti 10 000 prosentilla. Suuri resistanssiero merkitsee nopeampaa kytkentää tai vähempiä muistivirheitä ja siten ja parempaa ja nopeampaa datankäsittelyä ja tallennusta.

Uutta rakennetta voi pitää myös nelilukuisen tilan laitteena, koska siinä ferrosähköinen tunnelointi, jota voidaan käyttää kytkimenä tai muistina, on integroitu magneettiseen tunneliliitokseen eli magneettiseen muistityyppiin (MRAM).

Tässä vaiheessa tutkimus osoittaa vain tekniikan toteutettavuuden mutta tulevaisuudessa samassa laitteessa voisi olla nopeampi kytkentä ja tallennus tai vaihto tilojen 1, 2, 3 ja 4 välillä.

"Moniferroisesta rajapinnasta rakennetuilla tunneliliitoksilla voisi esimerkiksi kaksinkertaistaa muistin tiloja kahdesta neljään, toteuttaa kytkin ja muisti yhdelle sirulle tai hallita sähköisesti magneettisia laitteita. Esimerkiksi uuden sukupolven haihtumaton monitasoinen datankäsittely ja tallennus olisivat mahdollista yhdistettyjen MRAM- ja FRAM-muistien tai loogisen operaation kanssa." toteaa Li yliopistonsa tiedotteessa.