Lämmön avulla tehokkaampia muisteja

Tutkijat ovat kehittäneet muistiteknologian, joka pystyy tallentamaan ja säilyttämään dataa lähes ilman sähköä säätelemällä spin-tiloja lämpötilan muutosten avulla.

POSTECHin ja Chungnamin kansallisen yliopiston tutkijoiden johtama tutkimus osoittaa, että haihtumaton kytkentä tapahtuu lämpötilan muutosten, ei sähkövirtojen, avulla. Lähestymistapa voisi vähentää energiankulutusta jopa 66-kertaisesti nykyisiin menetelmiin verrattuna ja jopa 452-kertaisesti ihanteellisissa olosuhteissa.

Tekoälyn (AI) vauhdittaessa nopeamman ja tehokkaamman tiedonkäsittelyn kysyntää energiankulutuksesta on tullut merkittävä rajoite. Yksi lupaava korjausehdokas on spintroniikka. Magneettisiin eristeisiin perustuvat piirirakenteet ovat erityisen houkuttelevia, koska ne välttävät virran aiheuttaman lämpenemisen aiheuttaman energiahäviön.

Useimmat nykyiset menetelmät perustuvat voimakkaisiin sähkövirtoihin spinsuunnan vaihtamiseksi, mikä johtaa suureen energiankulutukseen. Lämpötilapohjaisia menetelmiä on ehdotettu pienemmän tehonkäytön vaihtoehdoksi, mutta spinsuunta palautuu tyypillisesti alkuperäiseen tilaansa lämpötilan palatessa alkuperäiseen arvoonsa, mikä vaikeuttaa haihtumattoman toiminnan saavuttamista.

Nyt tutkijat voittivat tämän rajoituksen käyttämällä termistä hystereesiä – ilmiötä, jossa järjestelmä ei palaa välittömästi alkuperäiseen tilaansa lämmityksen ja jäähdytyksen jälkeen, vaan pysyy vakaana tietyllä lämpötila-alueella.

He rakensivat kaksikerroksisen rakenteen pinoamalla kaksi harvinaisten maametallien rautagranaattia – gadoliniumrautagranaatin (GdIG) ja holmiumrautagranaatin (HoIG). Molemmat materiaalit reagoivat magneettisesti, mutta niiden spinsuunnat muuttuvat eri tavoin lämpötilan mukaan, joten tietyllä lämpötila-alueella ne suosivat eri orientaatioita.

Kerrosten välinen voimakas kytkentä yhdessä molempien materiaalien sisäisen magneettisen anisotropian kanssa johtaa kaksitasoisuuteen – kahteen erilliseen magneettiseen orientaatiotilaan, jotka pysyvät vakaina tietyssä lämpötila-alueella.

Tiimi onnistui vaihtamaan spinin suunnan käyttämällä vain pientä, noin ±25 K:n lämpötilan muutosta ja kohtuullista magneettikenttää. Perinteisiin spin-orbit-momentti (SOT) -menetelmiin verrattuna tämä lähestymistapa vähentää energiankulutusta jopa 66 kertaa ja ihanteellisissa olosuhteissa jopa 452 kertaa.

Professori Hyungyu Jin sanoi: ”Tämä tutkimus osoitti, että spin-tiloja voidaan ohjata ja ylläpitää käyttämällä vain lämpötilan muutoksia. Se voisi olla tärkeä askel kohti erittäin vähän virtaa kuluttavia muistipiirejä tekoälyaikakaudelle.”

Aiheesta aiemmin:

Prototyyppi lämpömuistista ja jänniteohjattu lämmönvirtaus