Crédito:Universidad de Ciencia y Tecnología de Pohang (POSTECH)
Investigadores de la Universidad de Ciencia y Tecnología de Pohang (POSTECH) y la Universidad Nacional de Seúl en Corea del Sur han demostrado una nueva forma de mejorar la eficiencia energética de un dispositivo de memoria magnética no volátil llamado SOT-MRAM. Publicado en Materiales avanzados , Este hallazgo abre una nueva ventana de emocionantes oportunidades para futuras memorias magnéticas energéticamente eficientes basadas en la espintrónica.
En las computadoras modernas, la memoria de acceso aleatorio (RAM) se utiliza para almacenar información. La SOT-MRAM (RAM magnética de par de giro en órbita) es uno de los principales candidatos para las tecnologías de memoria de próxima generación que tienen como objetivo superar el rendimiento de varias RAM existentes. El SOT-MRAM puede funcionar más rápido que la RAM más rápida existente (SRAM) y mantener la información incluso después de que se apaga el suministro de energía eléctrica, mientras que todas las RAM rápidas existentes hoy en día pierden información tan pronto como se apaga el suministro de energía. El nivel actual de la tecnología SOT-MRAM no es satisfactorio, sin embargo, por su alta demanda energética; requiere un gran suministro de energía (o una gran corriente) para escribir información. Reducir la demanda de energía y mejorar la eficiencia energética es un problema sobresaliente para el SOT-MRAM.
En el SOT-MRAM, Las direcciones de magnetización de pequeños imanes almacenan información y cantidades de escritura para cambiar las direcciones de magnetización a las direcciones deseadas. El cambio de dirección de magnetización se logra mediante un fenómeno físico especial llamado SOT que modifica la dirección de magnetización cuando se aplica una corriente. Para mejorar la eficiencia energética, Los imanes blandos son la elección de material ideal para los imanes pequeños, ya que sus direcciones de magnetización se pueden alterar fácilmente con una pequeña corriente. Los imanes blandos son una mala elección para el almacenamiento seguro de información, ya que su dirección de magnetización puede alterarse incluso cuando no está previsto, debido al ruido térmico u otro ruido. Por esta razón, la mayoría de los intentos de construir el SOT-MRAM adoptan imanes duros, porque magnetizan muy fuertemente y su dirección de magnetización no se altera fácilmente por el ruido. Pero esta elección de material inevitablemente reduce la eficiencia energética del SOT-MRAM.
Representación esquemática del prototipo de memoria no volátil basado en Fe3GeTe2. Fe3GeTe2 es un ferromagnet, donde sus giros (pequeñas flechas blancas) se alinean en la misma dirección. La orientación de los giros define 1 o 0 bits binarios. a) Estado inicial, donde se registra la información 0. b) Para escribir nueva información, se aplica una pequeña corriente (flecha naranja), que cambia el material de un imán duro a un imán blando para que la información almacenada se pueda modificar fácilmente (por ejemplo, de 0 a 1). c) Una vez que se apaga la corriente, el material vuelve a convertirse en un imán duro, y la información 1 escrita en la etapa b) se puede mantener durante mucho tiempo sin ninguna fuente de alimentación externa, convirtiéndolo en una memoria no volátil. Crédito:POSTECH &SNU
Un equipo de investigación conjunto dirigido por el profesor Hyun-Woo Lee en el Departamento de Física de POSTECH y el profesor Je-Geun Park en el Departamento de Física de la Universidad Nacional de Seúl (ex director asociado del Centro de Sistemas de Electrones Correlacionados dentro del Instituto de Ciencias Básicas en Corea), demostró una forma de mejorar la eficiencia energética sin sacrificar la demanda de almacenamiento seguro. Informaron que el telururo de germanio de hierro ultrafino (Fe 3 Obtener 2 , FGT), un material ferromagnético con simetría geométrica especial y propiedades cuánticas, cambia de un imán duro a un imán blando cuando se aplica una pequeña corriente. Por lo tanto, cuando no se pretende escribir información, el material sigue siendo un imán duro, que es bueno para el almacenamiento seguro, y solo cuando se pretende escribir, el material cambia a un imán blando, permitiendo una mayor eficiencia energética.
"Las propiedades intrigantes de los materiales en capas nunca dejan de sorprenderme:la corriente a través de FGT induce un tipo muy inusual de par de giro en órbita (SOT), que modifica el perfil de energía de este material para cambiarlo de un imán duro a un imán blando. Esto contrasta claramente con el SOT producido por otros materiales, que puede cambiar la dirección de magnetización pero no puede convertir un imán duro en un imán blando, "explica el profesor Lee.
Los experimentos del grupo del profesor Park revelaron que este dispositivo de memoria magnética basado en FGT es altamente eficiente en energía. En particular, la magnitud medida de SOT por densidad de corriente aplicada es dos órdenes de magnitud mayor que los valores informados anteriormente para otros materiales candidatos para el SOT-MRAM.
El prototipo construido con el metal ferromagnético Fe3GeTe2 (FGT, rojo) tiene un SOT gigantesco cuya fuerza de campo magnético efectivo es dos órdenes de magnitud mayor que otros prototipos de SOT-MRAM. Los investigadores midieron una fuerza de campo magnético efectivo debido al SOT en aproximadamente 50 Oersted para una pequeña densidad de corriente de 1 mA / μm2. Los materiales ferromagnéticos alinean sus espines en la misma dirección por debajo de la temperatura de Curie (Tc). Crédito:POSTECH &SNU
"Controlar los estados magnéticos con una pequeña corriente es esencial para la próxima generación de dispositivos energéticamente eficientes. Estos podrán almacenar mayores cantidades de datos y permitir un acceso más rápido a los datos que las memorias electrónicas actuales". mientras consume menos energía, "señala el Dr. Kaixuan Zhang, líder de equipo en el grupo del profesor Park, interesado en estudiar la aplicación de la física cuántica correlacionada en dispositivos espintrónicos.
"Nuestros hallazgos abren una fascinante vía de modulación eléctrica y aplicaciones espintrónicas utilizando materiales magnéticos en capas bidimensionales, "Cerró el profesor Lee.
