La tecnología de memoria magnética de acceso aleatorio (MRAM) ofrece un potencial sustancial hacia la arquitectura de memoria universal de próxima generación. Sin embargo, las MRAM de última generación todavía están limitadas fundamentalmente por una limitación de velocidad de subnanosegundos, que sigue siendo un desafío científico duradero en la I + D de la espintrónica. En este proyecto de doble doctorado, Luding Wang demostró experimentalmente un dispositivo de bloques de construcción opto-MRAM de picosegundos completamente funcional, mediante la integración de fotónica ultrarrápida con espintrónica.

Cuellos de botella en el desarrollo de MRAM

¿Alguna vez ha experimentado un apagado inesperado de su computadora, perdiendo documentos en el proceso en el que ha pasado horas trabajando? La tecnología de memoria magnética de acceso aleatorio (MRAM, por sus siglas en inglés) se enfoca en manipular el espín de los electrones para lidiar con una falla técnica de este tipo. Dentro de los bits de MRAM, los datos se escriben cambiando la dirección de los nanoimanes. Por lo tanto, MRAM permite que los datos se guarden de manera duradera cuando no hay energía, las computadoras se inician más rápido y los dispositivos consumen menos energía.

Durante los últimos 25 años, se han inventado y lanzado al mercado dos generaciones importantes de MRAM. Las primeras MRAM emplean un campo magnético para escribir los bits, mientras que las MRAM más modernas implementan un método basado en la corriente de espín. Sin embargo, el proceso de escritura de datos de estos MRAM se ha visto obstaculizado por un desafío de larga duración:la velocidad está limitada al régimen de nanosegundos y consume mucha energía.

Integración fotónica ultrarrápida

En esta tesis, Luding Wang del grupo de investigación Física de Nanoestructuras del departamento de Física Aplicada integra un rápido desarrollo en el campo de la fotónica ultrarrápida, el láser de femtosegundo (fs):el estímulo más rápido disponible comercialmente para la humanidad para romper la limitación de velocidad de nanosegundos. , y en el proceso hacerlo mil veces más eficiente energéticamente.

En este proyecto de doble doctorado, investigadores de la Universidad Tecnológica de Eindhoven (TU/e) dirigidos por el prof. dr. Bert Koopmans, y el Instituto Fert Beijing de la Universidad de Beihang dirigido por el prof. dr. Weisheng Zhao, han mostrado la primera prueba de concepto de esta memoria espintrónica-fotónica utilizando una mentalidad interdisciplinaria.

Memoria híbrida óptica-MRAM

Inspirado en los esquemas de conmutación totalmente óptica (AOS) inducidos por láser de femtosegundos en multicapas ferrimagnéticas sintéticas descubiertas por TU/e ​​en 2017, su integración con el bit MRAM se ha convertido en una ruta competitiva hacia el diseño de MRAM de próxima generación. De su Ph.D. investigación, Wang informa sobre el diseño y la caracterización de un dispositivo de opto-memoria "híbrido", denominado celda de bits opto-MRAM. Muestra una velocidad de escritura récord mundial de 20 picosegundos (ps), que es de 1 a 2 órdenes de magnitud más allá de las MRAM de última generación actuales, con una eficiencia energética mejorada (≈ 100 femtojulios para cambiar un 50 × 50 bit de tamaño nm2).

Este primer paso hacia el desarrollo de una "opto-MRAM" es un comienzo muy prometedor hacia una memoria fotónica no volátil única. Permite una conversión directa de información óptica a información magnética, sin pasos intermedios de conversión electrónica que consumen mucha energía. Además, los resultados experimentales representan un avance importante para estimular más estudios científicos fundamentales que combinen los campos de la espintrónica y la fotónica. + Explora más

Demostración de celda de memoria SOT-MRAM de alta velocidad compatible con tecnología Si CMOS de 300 mm