Международный коллектив исследователей предложил решение, которое приближает создание сверхбыстрой памяти SOT-MRAM. Она не теряет данные при отключении питания и может работать в десятки раз быстрее современных флеш-накопителей.
О разработке рассказали в пресс-службе ДВФУ. Коллектив ученых из Дальневосточного федерального университета, Сахалинского государственного университета и научных центров Китая пытается решить одну из главных проблем современных гаджетов — разрыв в скорости между процессором и памятью.
Процессоры уже научились считать с огромной скоростью, а память зачастую не успевает за ними. Предполагается, что новый тип памяти под названием SOT-MRAM сможет решить эту проблему. Он позволит записывать информацию в десятки раз быстрее, чем привычные флеш-накопители, и при этом будет тратить меньше энергии.
Но у этой технологии до последнего времени оставался серьёзный недостаток: для работы требовалось внешнее магнитное поле, что делало конструкцию громоздкой и сложной.
Исследователи из ДВФУ, СахГУ и китайских научных центров нашли способ обойти это ограничение. Они создали трёхслойную структуру: один магнитный слой намагничен горизонтально, второй — вертикально, а между ними расположили сверхтонкую прослойку вольфрама толщиной всего в один нанометр. Для сравнения — это в сто тысяч раз тоньше человеческого волоса!
Несмотря на микроскопическую толщину, этот слой эффективно преобразует электрический ток в спиновый — тот самый, что переключает намагниченность ячеек. Эффективность такого преобразования достигла 15% — уровень, сравнимый с показателями слоёв из тяжёлых металлов большей толщины.
Результаты работы ученых опубликованы в научном журнале Applied Physics Letters. По словам доцента Департамента общей и экспериментальной физики ДВФУ, кандидата физико-математических наук Александра Давыденко, исследование ученых показывает, что даже сверхтонкие слои тяжелых металлов — всего в несколько атомных слоев — могут быть эффективными источниками спинового тока.
«Это важно для практического производства, потому что чем тоньше слои, тем меньше токи записи, и меньше энергии требуется для переключения ячеек памяти. И, соответственно, тем компактнее может быть само устройство. Кроме того, мы впервые детально проанализировали, какую роль в этом процессе играет ферромагнитный слой. Оказалось, что при определенных условиях он может работать как самостоятельный источник спинового тока — это расширяет выбор материалов для будущих устройств и потенциально упрощает их производство», — говорит Александр Давыденко.
В привычной нам памяти данные хранятся в виде электрических зарядов. В новой памяти информация кодируется направлением намагниченности в крошечных доменах. Чтобы переключить это направление, нужен электрический ток, который через слой тяжёлого металла превращается в спиновый. Прежде для управляемого переключения требовалось дополнительное магнитное поле. Предложенная учёными конфигурация, где слои намагничены в разных направлениях, создаёт внутреннее поле, заменяющее внешнее. Это упрощает конструкцию, снижает себестоимость и повышает надёжность.
Основной объём экспериментальных работ провели в Китае, в Пекинской национальной лаборатории физики конденсированного состояния. Учёные из Дальневосточного федерального университета сосредоточились на анализе магнитных свойств и изучении процессов перемагничивания. Исследование проводили при поддержке гранта Российского научного фонда.
Теперь перед коллективом стоят новые задачи: найти оптимальные материалы и конфигурации для улучшения характеристик и изучить возможность встраивания таких устройств в существующие производственные цепочки. Следующий шаг — перейти от лабораторного образца к промышленному прототипу.
Фото: ДВФУ
Lx: 3743