Nanoskaalaiset multiferroiset tie tehokkaalle magneettimuistiteknologialle

Pilvilaskennan, tekoälyn ja datakeskusten nopean leviämisen myötä maailmanlaajuinen energiankulutus nousee uusiin ulottuvuuksiin.

Lupaava tapa vähentää tätä taakkaa on kehittää muistipiirejä, jotka tallentavat informaatiota magneettisesti, mutta joiden kirjoittaminen tapahtuu sähkökenttien avulla. Magneettiset muistit ovat myös haihtumattomia.

Perinteinen magneettiseen muistiin kirjoittamisen menetelmä perustuu sähkövirtojen indusoimaan magneettikenttään, joka väistämättä haihduttaa energiaa joulen lämpönä.

Multiferroiset materiaalit, jotka samanaikaisesti ilmentävät sekä sähköistä että magneettista järjestystä, ovat mahdollinen reitti tähän tavoitteeseen.

Jotta näitä materiaaleja voitaisiin käyttää todellisissa muistirakenteissa, niiden käyttäytyminen nanometritasolla on kuitenkin osoitettava; näissä ulottuvuuksissa materiaalit voivat kehittää monimutkaisia polarisaatiojärjestelyjä, joita kutsutaan topologisiksi domeenirakenteiksi ja joiden suhde magneettiseen käyttäytymiseen on vähemmän selvä.

Tämän tietämysvajeen täyttämiseksi Institute of Science Tokyon tutkimusryhmä tutki yksityiskohtaisesti multiferroisesta materiaalista BiFe 0.9Co0.1O3 (BFCO) valmistettujen nanopisteisiin perustuvien rakenteiden sähköistä ja magneettista käyttäytymistä.

Jokaisella nanopisteellä oli alun perin "keskipisteestä konvergoiva" sähköinen polarisaatiorakenne, jossa kaikki polarisaatiovektorit osoittivat sisäänpäin kohti keskustaa. Sähkökentän kohdistaminen muutti tämän alkuperäisen tilan "keskipisteestä divergentiksi" rakenteeksi, jossa polarisaatiovektorit osoittivat ulospäin. Tähän uudelleenjärjestelyyn liittyi magnetisaation kääntyminen sekä tasossa että tasosta poispäin kunkin nanopisteen sisällä.

Tämän työn löydöksillä voi olla merkittäviä vaikutuksia seuraavan sukupolven muistiteknologioille. Mahdollistamalla magneettisen informaation sähköisen kirjoittamisen ja magneettisen lukemisen tällaiset laitteet voisivat yhdistää alhaisen energiankulutuksen ja pysyvän toiminnan. ”Verrattuna virtapohjaisiin teknologioihin, kuten spin-transfer torque magnet RAM -muistiin, tämä lähestymistapa voisi merkittävästi vähentää energiankulutusta”, Shigematsu huomauttaa. Lisäksi yhden nanopisteen monimutkainen domeenirakenne voisi periaatteessa koodata useita magneettisia tiloja, mikä avaisi oven tiheämmille muistiarkkitehtuureille, jotka menevät binääriarvojen tallentamista pidemmälle.

Kaiken kaikkiaan tutkimus tarjoaa konkreettisen kokeellisen perustan seuraavan sukupolven, erittäin pienen tehonkäytön magneettisten muistipiirien suunnittelulle käyttäen multiferroisia materiaaleja.

Aiheesta aiemmin:

Multiferroisia kaksiulotteisista

Muisti ferrosähköisestä ja ferromagneettisesta alueista

Muistipiirejä ilman kerrosrakennetta