MRAM-устройства будущего: создана новая технология с низким энергопотреблением

В последние годы появилось множество типов памяти для вычислительных устройств, призванных преодолеть ограничения, накладываемые традиционной памятью с произвольным доступом, — RAM.

Магниторезистивная память (MRAM) — один из таких типов памяти, который обладает рядом преимуществ по сравнению с традиционной оперативной памятью, включая нестабильность, высокую скорость, увеличенную емкость и повышенную долговечность. Несмотря на значительные усовершенствования устройств MRAM, снижение энергопотребления при записи данных остается важнейшей задачей.

В исследовании, недавно опубликованном в журнале Advanced Science, ученые из Университета Осаки предлагают новую технологию для MRAM-устройств с более низким энергопотреблением при записи данных. Предложенная технология позволяет использовать схему записи на основе электрического поля с меньшим энергопотреблением по сравнению с существующим подходом на основе тока, что может стать альтернативой традиционной оперативной памяти.

Традиционные устройства динамической оперативной памяти (DRAM) имеют базовые запоминающие устройства, состоящие из транзисторов и конденсаторов. Однако хранящиеся в них данные нестабильны, а значит, для их сохранения требуется энергия. В отличие от этого, MRAM использует магнитные состояния, такие как ориентация намагниченности, для записи и хранения данных, что обеспечивает энергонезависимое хранение данных.

Поскольку устройства MRAM опираются на энергонезависимое состояние намагниченности, а не на изменчивое состояние заряда в конденсаторах, они являются перспективной альтернативой DRAM с точки зрения низкого энергопотребления в режиме ожидания, — объясняет Такамаса Усами, ведущий автор исследования.

Современные устройства MRAM обычно требуют электрического тока для переключения векторов намагниченности магнитных туннельных переходов, что аналогично переключению зарядовых состояний конденсатора в устройстве DRAM. Однако для переключения векторов намагниченности в процессе записи требуется большой электрический ток. Это приводит к неизбежному Джоулеву нагреву, что влечет за собой расход энергии.

Чтобы решить эту проблему, исследователи разработали новый компонент для управления электрическим полем в устройствах MRAM. Ключевой технологией является мультиферроичная гетероструктура с векторами намагниченности, которые можно переключать электрическим полем. Реакция гетероструктуры на электрическое поле в основном характеризуется коэффициентом обратной магнитоэлектрической связи (CME); большие значения указывают на более сильный отклик намагниченности.

Ранее исследователи уже сообщали о мультиферроичной гетероструктуре с большим коэффициентом CME-связи, превышающим 10-5 с/м. Однако структурные флуктуации в части ферромагнитного слоя (Co2FeSi) затрудняли достижение желаемой магнитной анизотропии, что мешало надежной работе с электрическим полем. Чтобы повысить стабильность этой конфигурации, исследователи разработали новую технологию вставки ультратонкого ванадиевого слоя между ферромагнитным и пьезоэлектрическим слоями.

В результате введения ванадиевого слоя был достигнут четкий интерфейс, что позволило надежно контролировать магнитную анизотропию в слое Co2FeSi. Кроме того, эффект CME достиг значения, большего, чем в аналогичных устройствах без ванадиевого слоя.

Исследователи также продемонстрировали, что два различных магнитных состояния могут быть надежно реализованы при нулевом электрическом поле путем изменения режима развертки электрического поля. Это означает, что энергонезависимое бинарное состояние может быть намеренно достигнуто при нулевом электрическом поле.

Благодаря точному управлению мультиферроичными гетероструктурами, удовлетворяются два ключевых требования для реализации практических магнитоэлектрических (ME)-MRAM устройств, а именно: энергонезависимое бинарное состояние при нулевом электрическом поле и гигантский CME-эффект, — говорит Кохей Хамая, старший автор работы.

Эти исследования в области спинтронных устройств в конечном итоге могут быть реализованы в практических MRAM-устройствах, что позволит производителям разработать ME-MRAM — технологию записи с низким энергопотреблением для широкого спектра приложений, требующих постоянной и безопасной памяти.

Ранее ученые сообщили о создании квантового компьютера в бриллианте.

07.01.2025


Подписаться в Telegram



Хайтек

Легкие и прочные: как Al-Sc сплавы покоряют промышленность
Легкие и прочные: как Al-Sc сплавы покоряют промышленность

3D-печать меняет правила игры: она дает б...

Световые качели: физики открыли новый способ управлять светом
Световые качели: физики открыли новый способ управлять светом

Физики научились управлять светом в кроше...

Тараканы-киборги — спасатели ближайшего будущего
Тараканы-киборги — спасатели ближайшего будущего

От зон стихийных бедствий до экстрем...

Томские ученые раскрыли секреты молекулярных взаимодействий
Томские ученые раскрыли секреты молекулярных взаимодействий

Ученые из Томского политехнического униве...

100 миллионов за молекулярный прорыв: в Уфе запустили супер-спектрометр
100 миллионов за молекулярный прорыв: в Уфе запустили супер-спектрометр

В Уфимском федеральном исследовательском центр...

От идеи до Росатома: история успеха проекта RSP
От идеи до Росатома: история успеха проекта RSP

В НИЯУ МИФИ создали онлайн-сервис —...

CARMA II — автономный робот, который делает ядерные объекты безопаснее
CARMA II — автономный робот, который делает ядерные объекты безопаснее

Передовая роботизированная система CARMA II ус...

Нейросети будущего: поляритоны в СПбГУ бьют рекорды точности
Нейросети будущего: поляритоны в СПбГУ бьют рекорды точности

Ученые из Санкт-Петербургского государств...

MIT учит дронов избегать столкновений: новый метод GCBF+
MIT учит дронов избегать столкновений: новый метод GCBF+

Инженеры из MIT придумали, как сдела...

Фокус на будущее: киноформные линзы меняют правила игры
Фокус на будущее: киноформные линзы меняют правила игры

Сотрудники лаборатории 3D-печати функциональны...

Российский минерал совершил революцию в мире двумерных материалов
Российский минерал совершил революцию в мире двумерных материалов

Ученые Томского политехнического университета ...

Свет из земли: как глина превратилась в дисплей
Свет из земли: как глина превратилась в дисплей

Мир дисплеев скоро изменится благодаря новым м...

В МИФИ создан радиоизотопный прибор для отечественной металлургии
В МИФИ создан радиоизотопный прибор для отечественной металлургии

В Национальном исследовательском ядерном униве...

Преодоление физических барьеров: на пути к новым квантовым технологиям
Преодоление физических барьеров: на пути к новым квантовым технологиям

Комментирует профессор Майя Вергниори, которая...

Впервые в России: в Катайске начали выпуск уникальных насосов
Впервые в России: в Катайске начали выпуск уникальных насосов

Катайский насосный завод, который находится в&...

Ученые ТПУ продемонстрировали, как у капель появляются «пальцы»
Ученые ТПУ продемонстрировали, как у капель появляются «пальцы»

Исследователи из Томского политехническог...

Поиск на сайте

Знатоки клуба инноваций


ТОП - Новости мира, инновации

Невидимые враги: как ароматизаторы превращают ваш дом в угрозу для здоровья
Невидимые враги: как ароматизаторы превращают ваш дом в угрозу для здоровья
Легкие и прочные: как Al-Sc сплавы покоряют промышленность
Легкие и прочные: как Al-Sc сплавы покоряют промышленность
Cell Reports: Голодание приносит пользу взрослым, но создает риск для подростков
Cell Reports: Голодание приносит пользу взрослым, но создает риск для подростков
69 ученых, которые меняют мир: история успеха из Нижнего Новгорода
69 ученых, которые меняют мир: история успеха из Нижнего Новгорода
Как взрываются звезды: открытия, которые меняют наше представление о Вселенной
Как взрываются звезды: открытия, которые меняют наше представление о Вселенной
Спасти жизнь за минуты сможет кетамин в борьбе с эпилептическим статусом
Спасти жизнь за минуты сможет кетамин в борьбе с эпилептическим статусом
Как получить инструмент будущих инженеров бесплатно, если ты студент
Как получить инструмент будущих инженеров бесплатно, если ты студент
От шахт до чистой энергии: путь австралийской горнодобывающей промышленности
От шахт до чистой энергии: путь австралийской горнодобывающей промышленности
Больничные раковины и невидимый враг, который в них живет
Больничные раковины и невидимый враг, который в них живет
Цикорий и кобальт: дуэт против рака, бьющий точно в цель
Цикорий и кобальт: дуэт против рака, бьющий точно в цель
Без капитана, но с комфортом: в Нижнем Новгороде строят судно без экипажа
Без капитана, но с комфортом: в Нижнем Новгороде строят судно без экипажа
Лазер, графен, полимер: как создают электронику, которую можно сгибать
Лазер, графен, полимер: как создают электронику, которую можно сгибать
Ученые объединили два прибора в один, чтобы лучше анализировать газы
Ученые объединили два прибора в один, чтобы лучше анализировать газы
Световые качели: физики открыли новый способ управлять светом
Световые качели: физики открыли новый способ управлять светом
Удаленка навсегда: как бизнес адаптируется к новым реалиям
Удаленка навсегда: как бизнес адаптируется к новым реалиям

Новости компаний, релизы

Более 200 нижегородцев посетили научные кинопоказы честь Дня российской науки
Школьников и студентов Хабаровского края приглашают написать всероссийский диктант «Наука во имя Победы»
На Фестивале «Москва — Точка старта» победили проекты из МИФИ
«Десятилетие науки и технологий»: волгоградские ученые получили премии и гранты
Три представительницы Республики Татарстан стали победителями Всероссийского конкурса Знание.Лектор