Vitet e fundit, janë zhvilluar lloje të reja memorie për pajisjet kompjuterike për të adresuar kufizimet e kujtesës tradicionale me akses të rastësishëm (RAM).
RAM magnetorezistues (MRAM) spikat midis këtyre risive, duke ofruar përfitime kryesore si paqëndrueshmëria, shpejtësia e lartë, kapaciteti më i madh i ruajtjes dhe qëndrueshmëria më e madhe.
Megjithatë, një sfidë e madhe mbetet: ulja e konsumit të energjisë gjatë shkrimit të të dhënave.
Studiuesit nga Universiteti i Osakës, në një studim të botuar në Advanced Science, kanë prezantuar një teknologji novator për MRAM që ul ndjeshëm përdorimin e energjisë gjatë procesit të shkrimit.
Kjo qasje zëvendëson metodën konvencionale të shkrimit të bazuar në rrymë me një sistem të bazuar në fushë elektrike, duke reduktuar kërkesat për energji dhe duke e pozicionuar MRAM si një alternativë premtuese ndaj RAM-it tradicional.
Krahasimi i teknologjive DRAM dhe MRAM
Pajisjet konvencionale dinamike RAM (DRAM) kanë njësi bazë ruajtëse të përbërë nga transistorë dhe kondensatorë.
Megjithatë, të dhënat e ruajtura janë të paqëndrueshme, që do të thotë se inputi i energjisë kërkohet për të ruajtur të dhënat.
Në të kundërt, MRAM përdor gjendje magnetike, siç është orientimi i magnetizimit, për të shkruar dhe ruajtur të dhënat, duke mundësuar ruajtjen e të dhënave jo të paqëndrueshme.
“Meqenëse pajisjet MRAM mbështeten në një gjendje magnetizimi jo të paqëndrueshëm dhe jo në një gjendje ngarkese të paqëndrueshme në kondensatorë, ato janë një alternativë premtuese për DRAM për sa i përket konsumit të tyre të ulët të energjisë në gjendjen e gatishmërisë”, shpjegon Takamasa Usami, autori kryesor i studimit. .
Teknika të avancuara të shkrimit MRAM
Pajisjet aktuale MRAM në përgjithësi kërkojnë një rrymë elektrike për të ndërruar vektorët e magnetizimit të kryqëzimeve të tunelit magnetik, analoge me gjendjet e ngarkimit të kondensatorit të ndërrimit në një pajisje DRAM.
Megjithatë, nevojitet një rrymë e madhe elektrike për të ndërruar vektorët e magnetizimit gjatë procesit të shkrimit.
Kjo rezulton në ngrohje të pashmangshme Joule, duke çuar në konsumin e energjisë.
Përmirësimi i MRAM me heterostruktura multiferroike
Për të adresuar problemin, studiuesit kanë zhvilluar një komponent të ri për kontrollin e fushës elektrike të pajisjeve MRAM.
Teknologjia kryesore është një heterostrukturë multiferroike me vektorë magnetizimi që mund të ndërrohen nga një fushë elektrike.
Përgjigja e heterostrukturës ndaj një fushe elektrike në thelb karakterizohet në termat e koeficientit të bashkimit magnetoelektrik të kundërt (CME); vlerat më të mëdha tregojnë një përgjigje më të fortë magnetizimi.
Studiuesit raportuan më parë një heterostrukturë multiferroike me një koeficient të madh bashkimi CME mbi 10-5 s/m.
Megjithatë, luhatjet strukturore në pjesë të shtresës feromagnetike (Co 2 FeSi) e bënë sfiduese arritjen e anizotropisë magnetike të dëshiruar, duke penguar funksionimin e besueshëm të fushës elektrike.
Për të përmirësuar stabilitetin e këtij konfigurimi, studiuesit zhvilluan një teknologji të re për futjen e një shtrese vanadiumi ultra të hollë midis shtresave ferromagnetike dhe piezoelektrike.
Siç tregohet në Fig. 2, një ndërfaqe e qartë u arrit duke futur shtresën e vanadiumit, duke çuar në kontrollin e besueshëm të anizotropisë magnetike në shtresën Co 2 FeSi.
Gjithashtu, efekti CME arriti një vlerë më të madhe se ajo e arritur me pajisje të ngjashme që nuk përfshinin një shtresë vanadiumi.
Rezultatet dhe implikimet në të ardhmen
Studiuesit demonstruan gjithashtu se dy gjendje të ndryshme magnetike mund të realizohen në mënyrë të besueshme në fushën elektrike zero duke ndryshuar funksionimin fshirës të fushës elektrike.
Kjo do të thotë se një gjendje binare jo e paqëndrueshme mund të arrihet qëllimisht në një fushë elektrike zero.
“Përmes kontrollit të saktë të heterostrukturave multiferroike, plotësohen dy kërkesat kryesore për zbatimin e pajisjeve praktike magnetoelektrike (ME)-MRAM, përkatësisht një gjendje binare jo e paqëndrueshme me fushë elektrike zero dhe një efekt gjigant CME”, thotë Kohei Hamaya, autor.
Ky kërkim në pajisjet spintronic mund të zbatohet përfundimisht në pajisjet praktike MRAM, duke u mundësuar prodhuesve të zhvillojnë ME-MRAM, e cila është një teknologji shkrimi me fuqi të ulët për një gamë të gjerë aplikacionesh që kërkojnë memorie të qëndrueshme dhe të sigurt.
