Yeni spintronik bellek: verimlilik ve kararlılık büyük ölçüde geliştirildi!
Kılavuz
Son zamanlarda, Singapur Ulusal Üniversitesi'nden mühendisler tarafından yönetilen uluslararası bir bilimsel araştırma ekibi, yeni bir manyetik cihaz türü icat etti. Ticari "spintronic" dijital hafıza ile karşılaştırıldığında, bu cihaz dijital bilgileri 20 kat daha verimli ve 10 kat daha kararlı şekilde işler. Bu yeni tip spintronik depolama cihazı ferrimagnetler kullanır.
arka fon
Günümüzde insanlık bir bilgi patlaması çağında ve küresel olarak üretilen dijital bilgi miktarı emsalsizdir.
Bu nedenle, düşük maliyetli, düşük güç tüketimli, yüksek kararlılıklı ve yüksek ölçeklenebilir depolama ve bilgi işlem ürünlerine olan talep artmaktadır. Geleneksel depolama teknolojileri, yukarıdaki ihtiyaçları giderek daha fazla karşılayamıyor ve bilim adamları, çeşitli yeni depolama teknolojilerini araştırıyor. Önceki makalelerde yazar, depolama teknolojisindeki yenilikleri defalarca tanıttı.
Bununla birlikte, önemli yollardan biri yeni spintronik malzemelerdir. Spintronik materyallerde, dijital bilgi, mikromıknatısın "yukarı" veya "aşağı" dönüş durumunda depolanır. İlk olarak, birkaç klasik araştırma vakasına bir göz atalım:
1) Almanya'daki Mainz Üniversitesi'nden fizikçiler, antiferromıknatıslarda dijital bilgileri okuyup yazmanın teknik olarak mümkün olduğunu ve gelecekte ultra yüksek hızlı ve kararlı manyetik bellek getirmesinin beklendiğini gösterdi.
(Resim kaynağı: referans [2])
2) Japonya'daki Tohoku Üniversitesi'nden araştırmacılar, elektronları, spin etkileşimlerini ve lazerlere tepkilerini modelleyebilen bir bilgisayar programı geliştirdiler. Çözüm, manyetik malzemelerdeki elektronları uyarmak ve onları geçici manyetik olmayan bir duruma geçirmek için ultra yüksek hızlı lazer darbeleri kullanmak ve böylece malzemenin manyetik özelliklerini değiştirme süresini azaltmak ve manyetik depolama ve bilgi işleme teknolojisini iyileştirmektir.
(Resim kaynağı: Sumio Ishihara)
3) Singapur Ulusal Üniversitesi'nden araştırmacılar, el şeklindeki bir eğirme yapısı birimini etkili bir şekilde kullanabilen yeni bir ultra ince çok katmanlı film türü icat ettiler: bilgi depolama için skyrmions.Genellikle incelenmiş ve yeni nesil veri depolama olarak kabul edilmiştir. Ve mantık cihazlarının ana bilgi taşıyıcısı.
(Resim kaynağı: Referans malzemeleri [3])
4) Moskova Fizik ve Teknoloji Enstitüsü'nden (MIPT) bilim adamları ve Almanya ve Hollanda'daki meslektaşları, terahertz radyasyonunun uygun depolama durumu dönüşümü için kullanılıp kullanılamayacağını keşfetmek için ("manyetik bit" bilgisini saklamak), thulium ferrit kullanılır. (TmFeO) Deney. Bu deney, ultra yüksek hızlı belleğin geliştirilmesinin temelini attı.
Aşağıdaki şekil, resmin sol tarafında bulunan tulium ferritin (TmFeO) spin ve kristal yapısını göstermektedir; terahertz ışınları tarafından tetiklenen tulium iyonlarının enerji seviyesi geçişi, tutarlı bir spin dinamiği etkisini (bellek anahtarı) tetikler. Resmin sağ tarafı.
(Resim kaynağı: Moskova Fizik ve Teknoloji Enstitüsü Basın Ofisi)
4) Amerika Birleşik Devletleri'ndeki Johns Hopkins Üniversitesi ve Ulusal Standartlar ve Teknoloji Enstitüsü, harici bir manyetik alan uygulamadan bir akım göndererek CoFeB'in mıknatıslanmasını hızlı bir şekilde kararlı bir şekilde tersine çevirebilen yeni bir teknoloji geliştirdiler.
(Resim kaynağı: Gopman / NIST)
Ferromıknatıslara dayalı spintronik depolama ürünleri yukarıdaki gereksinimleri karşılayabilmesine rağmen, ölçeklenebilirlik ve kararlılık sorunları nedeniyle hala çok pahalıdır.
Yenilikçilik
Son zamanlarda, Singapur Ulusal Üniversitesi'nden (NUS) mühendisler tarafından yönetilen uluslararası bir bilimsel araştırma ekibi, yeni bir manyetik cihaz türü icat etti. Ticari "spintronic" dijital hafıza ile karşılaştırıldığında, bu cihaz dijital bilgileri 20 kat daha verimli ve 10 kat daha kararlı şekilde işler. Bu yeni tip spintronik depolama cihazı ferrimagnetler kullanır.
Aşağıdaki şekilde gösterildiği gibi: Singapur Ulusal Üniversitesi Mühendislik Bölümünden Doçent Yang Hyunsoo (sağda) liderliğindeki bir araştırma ekibi, ferrimanyetik cihazların ticari spintronik dijital belleklerden daha verimli ve kararlı olduğunu buldu.
(Resim kaynağı: Singapur Ulusal Üniversitesi)
Yeni spintronik bellek cihazı, Singapur Ulusal Üniversitesi, Nagoya, Japonya'daki Toyota Teknoloji Enstitüsü ve Seul, Güney Kore'deki Kore Üniversitesi ile işbirliği içinde geliştirildi. Bu yeni tip spintronik bellek cihazının yeni icadı ilk olarak 3 Aralık 2018'de Nature Materials dergisinde bildirildi.
teknoloji
Dr. Yu Jiawei, Singapur Ulusal Üniversitesi'nde doktora öğrencisi olarak okurken bu projeye katıldı. "Ferromanyete dayalı belleklerin büyümesi birkaç nanometrenin kalınlığını aşamaz, çünkü kalınlık arttıkça yazma verimliliği katlanarak azalır. Normal sıcaklık değişiklikleri için, bu kalınlık aralığı depolanan verilerin kararlılığını sağlamak için yeterli değildir. . "
Ekip, bu zorlukların üstesinden gelmek için manyetik depolama cihazları üretmek için "ilginç" bir manyetik malzeme kullandı: ferrimagnet. Önemli olan, ferrimanyetik malzemelerin genel veri yazma verimliliğini etkilemeden kalınlığın 10 katına kadar büyüyebileceğini bulmalarıdır.
Ferromıknatıslara kıyasla FIM'de artan dönüş tutarlılığı uzunluğunun yarı klasik bir gösterimi. (Resim kaynağı: referans [4])
Ferromanyetik ve ferromanyetik film yığınlarında dönme yörünge torkunun karşılaştırılması (resim kaynağı: referans [4])
Ferromanyetik ve ferrimanyetik çok katmanlılarda dönme yörüngeli tork etkili alan ve anahtarlama verimliliği (resim kaynağı: referans [4])
Döndürme pompası ölçümü (resim kaynağı: referans [4])
CoTb alaşım örneklerinin özellikleri (resim kaynağı: referans [4])
Araştırma ekibinin bir üyesi ve bir doktora öğrencisi olan Rahul Mishra şu açıklamayı yaptı: "Akım taşıyan elektronun dönüşü, temelde yazmak istediğiniz verileri temsil eder. Bir ferrimagnet'te, akım taşıyan elektronun dönüşü en az bloke ile karşılaşır. Sekiz şeritli bir otoyolda sürüş ile dar şehir sokaklarında sürüş arasındaki verimlilik farkı düşünülebilir ... Bir ferromagnet, elektron dönüşü için hazırlanmış bir şehir caddesi ve bir ferromagnet bir otoyol gibidir. Otoyolda, elektronların dönüşü veya içerdiği bilgiler uzun mesafelerde korunabilir. "
Singapur Ulusal Üniversitesi'ndeki araştırmacılar, bilgileri ferrimanyetik depolama öğelerine yazmak için elektron akışını kullanıyor. Bu depolama elemanı, ferromıknatıslardan 10 kat daha kararlı ve 20 kat daha verimlidir.
Bu keşif için, Singapur Ulusal Üniversitesi Elektronik ve Bilgisayar Mühendisliği Bölümü Doçenti ve bu projenin lideri Doçent Yang Hyunsoo'nun ekibi, ferromanyetlerdeki atomların benzersiz düzenini kullandı. Doçent Yang şunları söyledi: "Ferromıknatıslarda, bitişik atomik mıknatısların zıt manyetik özellikleri vardır. Bir atomun dönüşteki girişimi bir sonraki atom tarafından telafi edileceği için, bilgi daha az güçle daha hızlı ve daha uzağa gider. Biz Neyse ki, bilgi işlem ve depolama endüstrileri, yeni ortaya çıkan spin belleğin performansını ve veri saklama yeteneklerini geliştirmek için buluşumuzu kullanabilir. "
değer
Bu atılımın spin tabanlı depolama cihazlarının ticari büyümesini hızlandırması bekleniyor. Doçent Yang, "Keşfimizin spintronik endüstrisi için bir platform sağlaması bekleniyor. Şu anda, ultra-ince manyetik bileşenlerin kullanımı nedeniyle, spintronics endüstrisi istikrarsızlık ve ölçeklenebilirlik ile ilgili sorunları çözmeye çalışıyor."
gelecek
Singapur Ulusal Üniversitesi'ndeki araştırma ekibi, cihazlarının veri yazma ve okuma hızlarını incelemeyi planlıyor. Cihazlarının benzersiz atomik özelliklerinin ultra yüksek hızda performans getirmesini bekliyorlar. Ek olarak, bulgularının ticari dönüşümünü hızlandırmak için endüstriyel ortaklarla işbirliği yapmayı planlıyorlar.
Anahtar kelime
Depolama teknolojisi, spintronik, manyetizma
Referans
[1]
[2] S. Y. Bodnar ve diğerleri, Néel dönme yörünge torkları ve büyük anizotropik manyetoresistance tarafından antiferromanyetik Mn2Au yazma ve okuma, Nature Communications 9, 24 Ocak 2018, DOI: 10.1038 / s41467-017-02780-x
3 Pollard, SD, Garlow, JA, Yu, J., Wang, Z., Zhu, Y., and Yang, H. (2017, March 10). Lorentz ile kobalt / paladyum çok katmanlı stabil Néel skyrmionlarının gözlemlenmesi transmisyon elektron mikroskobu, Nature Communications.
[4] Jiawei Yu, Do Bang, Rahul Mishra, Rajagopalan Ramaswamy, Jung Hyun Oh, Hyeon-Jong Park, Yunboo Jeong, Pham Van Thach, Dong-Kyu Lee, Gyungchoon Go, Seo-Won Lee, Yi Wang, Shuyuan Shi, Xuepeng Qiu, Hiroyuki Awano, Kyung-Jin Lee, Hyunsoo Yang. Ferromanyetik çok katmanlılarda uzun dönüş tutarlılık uzunluğu ve yığın benzeri dönüş yörünge torku Doğa Malzemeleri, 2018; DOI: 10.1038 / s41563-018-0236-9
