Las computadoras de hoy utilizan a menudo hasta cuatro tipos diferentes de tecnología de memoria, desde el disco duro hasta los chips de memoria, cada uno con sus propias fortalezas y debilidades. Una nueva tecnología de memoria puede estar preparada para alterar este panorama, sin embargo, con una combinación única de características. Se conoce con las difíciles siglas STT-MRAM, que significa memoria de acceso aleatorio magnético de par de transferencia de giro.

"Todas las demás tecnologías de memoria son buenas en algunas cosas y no tan buenas en otras. La gente espera que STT-MRAM pueda ser buena en todo, "dijo el ingeniero eléctrico Holger Schmidt, el Profesor Kapany de Optoelectrónica en UC Santa Cruz.

Como uno de los 15 socios del programa Samsung Global MRAM Innovation, El laboratorio de Schmidt está colaborando con investigadores de Samsung para ayudar a desarrollar esta tecnología de memoria emergente. Con su experiencia en optoelectrónica, Schmidt está utilizando técnicas ópticas basadas en pulsos láser ultracortos para estudiar los dispositivos prototipo de preproducción de Samsung. Sus evaluaciones están ayudando a la empresa a optimizar sus materiales y procesos de fabricación.

Nanoimanes

STT-MRAM almacena información en los estados magnéticos de pequeños elementos magnéticos o "nanoimanes" de menos de 100 nanómetros de diámetro. A diferencia de otras tecnologías de almacenamiento magnético, como discos duros con sus discos giratorios y cabezales magnéticos de lectura y escritura, Los dispositivos STT-MRAM no tienen partes móviles porque usan corriente eléctrica para leer y escribir datos. Aunque las implementaciones actuales todavía tienen mucho margen de mejora, la tecnología ofrece el potencial de alta velocidad, alta densidad, memoria energéticamente eficiente que no es volátil, lo que significa que la información almacenada no se pierde cuando se corta la energía.

Varios avances clave en la física y la ciencia de los materiales durante los últimos 20 años han llevado al desarrollo de STT-MRAM y otras tecnologías denominadas espintrónicas. Si bien los dispositivos electrónicos se basan en el movimiento de cargas eléctricas, la espintrónica explota otra propiedad de los electrones llamada espín. Spin es uno de esos conceptos extraños de la mecánica cuántica sin un equivalente directo en nuestro mundo macroscópico. Baste decir que los electrones se comportan como si estuvieran girando, produciendo un pequeño momento magnético (como una pequeña barra magnética con polos norte y sur) que puede interactuar con otros electrones y átomos en un material.

Los nanoimanes en un dispositivo STT-MRAM, llamadas válvulas de giro o uniones de túnel magnético, tienen dos capas magnéticas separadas por una delgada barrera a través de la cual puede fluir la corriente eléctrica. Cuando los giros en las dos capas magnéticas están alineados, la resistencia es baja, y si las dos capas tienen giros opuestos, la resistencia es alta, proporcionando dos estados legibles y conmutables para representar 0 y 1 en la lógica binaria de las computadoras.

Transferencia de giro

La capacidad de cambiar el estado de una válvula giratoria con una corriente eléctrica fue una innovación crítica. Una corriente polarizada en la que los espines de los electrones están alineados puede transferir ese estado de espín a una de las capas magnéticas a medida que la atraviesa. un fenómeno llamado torque de transferencia de giro (STT).

Los chips STT-MRAM para aplicaciones de nicho apenas comienzan a llegar al mercado, y decenas de empresas están trabajando para optimizar la tecnología para su uso en electrónica de consumo.

Según Schmidt, Uno de los desafíos es operar los chips con la menor potencia posible para que no se calienten demasiado. La cantidad de corriente que se necesita para cambiar un nanomaimán depende de la amortiguación, o cuánto tiempo se tarda en establecerse en un nuevo estado de giro, él explicó. Medir los parámetros de amortiguación en una serie de nanoimanes es un gran desafío, pero el laboratorio de Schmidt puede hacer esto usando pulsos de láser cortos. Él y sus colaboradores, dirigido por el estudiante graduado y primer autor Mike Jaris, informó sus últimos hallazgos en un artículo publicado en Letras de física aplicada .

"Pudimos extraer medidas de amortiguación de dispositivos prototipo y mostrar los efectos del proceso de fabricación en las propiedades del material de los nanoimanes, "Dijo Schmidt.

La colaboración con Samsung ha sido emocionante para su laboratorio, él dijo, dando a sus estudiantes la oportunidad de trabajar a la vanguardia de una tecnología emergente. "Es un tipo de memoria completamente diferente, y espero que se utilice en más aplicaciones durante los próximos años, " él dijo.