Memoria de lucru pe o dietă energetică Cercetătorii dezvoltă baza pentru un nou tip de cip de memorie -
Prototipul noului cip de memorie. Se compune dintr-un strat subțire de oxid de crom pentru depozitare, pe care fizicienii aplică un strat ultra-subțire de platină, care este folosit pentru citire. Imagine: T. Kosub/HZDR
Cipurile de memorie pur electrice obișnuite în prezent au un dezavantaj decisiv: „Aceste amintiri sunt volatile, deci starea lor trebuie reînnoită constant”, explică Tobias Kosub, primul autor al studiului și post-doctorat la Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR). „Și asta consumă multă energie”.
Consecințele sunt resimțite, printre altele, în marile centre de date: pe de o parte, facturile lor de energie electrică cresc odată cu creșterea performanței. Pe de altă parte, jetoanele se încălzesc din ce în ce mai mult datorită consumului lor de energie. Devine din ce în ce mai dificil pentru centrele de date să disipeze această căldură - astfel încât unii operatori de cloud încep chiar să își configureze fermele de calculatoare în regiuni reci.
Există o alternativă la cipurile de memorie electrică: așa-numitele MRAM își stochează datele magnetic, deci nu trebuie să fie reîmprospătate în mod constant. Cu toate acestea, este nevoie de curenți relativ mari pentru a scrie datele în memorie. Dar asta reduce fiabilitatea: „Dacă există defecțiuni în procesul de scriere sau citire, acestea amenință să se uzeze prematur și să se rupă”, spune Kosub.
Tensiunea electrică în loc de electricitate
De aceea, experții lucrează de mult timp la alternativele MRAM. O clasă de materiale numite antiferoomagnetici magnetoelectrici pare a fi deosebit de promițătoare. În loc să fie activate de electricitate, ele sunt activate de o tensiune electrică. Problema: „Aceste materiale nu pot fi accesate cu ușurință”, explică liderul grupului HZDR Dr. Denys Makarov. "Este dificil să scrieți date și să le citiți din nou."
S-a presupus anterior că acești antiferoomagnetici magnetoelectrici pot fi citiți doar indirect prin feromagnet, ceea ce, totuși, neagă multe dintre avantaje. Deci scopul este de a crea o memorie magnetoelectrică pur anti-feromagnetică (AF-MERAM).
Este exact ceea ce au realizat acum echipele de cercetare din Dresda și Basel. Au dezvoltat un prototip AF-MERAM bazat pe un strat subțire de napolitură de oxid de crom. La fel ca umplerea unui sandviș, acesta este montat între doi electrozi subțiri nanometri. Dacă aplicați o tensiune la aceasta, oxidul de crom „răstoarnă” într-o stare magnetică diferită - bitul este scris. Punctul culminant: o tensiune de câțiva volți este suficientă.
„Comparativ cu alte concepte, am reușit să reducem tensiunea cu un factor de 50”, spune Kosub. „Acest lucru ne permite să scriem un pic fără ca componenta să consume multă energie și să se încălzească.” O provocare specială a fost aceea de a putea citi bitul scris.
Pentru a face acest lucru, fizicienii au aplicat un strat fin de nanometru de platină la oxidul de crom. Platina permite citirea printr-un fenomen electric special - efectul Hall anormal. Semnalul real este foarte mic și este suprapus de semnale de interferență. „Dar am reușit să dezvoltăm o metodă care suprimă furtunile semnalelor de interferență și permite accesul la semnalul util”, explică Makarov.
„Asta a fost adevărata descoperire.” Rezultatele arată foarte promițătoare, așa cum apreciază prof. Oliver G. Schmidt de la Institutul Leibniz de cercetare în materie de stare solidă și materiale (IFW): „Va fi interesant să vedem cum este nou Abordare în legătură cu tehnologia de siliciu stabilită în viitor. ”Cercetătorii sunt acum în curs de dezvoltare a conceptului.
„Până în prezent, materialul a funcționat la temperatura camerei, dar numai într-o fereastră mică”, explică Kosub. „Prin schimbarea oxidului de crom într-o manieră țintită, vrem să extindem zona în mod semnificativ.” Colegii noștri de la Institutul Elvețian de Nanostiință și Departamentul de Fizică de la Universitatea din Basel aduc o contribuție importantă. Ați dezvoltat o nouă metodă cu ajutorul căreia proprietățile magnetice ale oxidului de crom pot fi mapate pentru prima dată pe nanoscală. Experții doresc, de asemenea, să integreze mai multe elemente de stocare pe un singur cip.
Până în prezent, a fost implementat doar un singur element cu care poate fi salvat un singur bit. Următorul pas - și unul important într-o posibilă aplicație - este construirea unui tablou din mai multe elemente. „În principiu, astfel de cipuri de memorie ar putea fi fabricate folosind procesele obișnuite ale producătorului de computere”, spune Makarov. „Nu în ultimul rând din această cauză, industria manifestă un mare interes pentru astfel de componente.”
Publicare:
T. Kosub, M. Kopte, R. Hühne, P. Appel, B. Shields, P. Maletinsky, R. Hübner, MO Liedke, J. Fassbender, OG Schmidt, D. Makarov: Purely Antiferromagnetic Magnetoelectric Random Access Memory, în Nature Communications, 2016 (DOI: 10.1038/NCOMMS13985)
Informatii suplimentare:
Dr. Tobias Kosub | Dr. Denys Makarov
Institutul de Cercetare a Fizicii și Materialelor Ion Beam la HZDR
Tel. +49 351 260-2900 | 3273
E-mail: [email protected] | [email protected]
Contact media:
Simon Schmitt | Editor științific
Tel. +49 351 260-3400 | E-mail: [email protected]
Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) efectuează cercetări în domeniile energiei, sănătății și materiei. Accentul este pus pe următoarele întrebări:
- Cum să utilizați energia și resursele în mod eficient, sigur și durabil?
- Cum pot fi mai bine vizualizate, caracterizate și tratate eficient bolile de cancer?
- Cum se comportă materia și materialele sub influența câmpurilor înalte și în cele mai mici dimensiuni?
Pentru a răspunde la întrebările științifice, sunt utilizate dispozitive mari cu opțiuni de experimentare unice, care sunt disponibile și pentru oaspeții externi de măsurare. HZDR este membru al Asociației Helmholtz, cea mai mare organizație științifică din Germania. Are cinci locații și are aproximativ 1.100 de oameni - inclusiv aproximativ 500 de oameni de știință, inclusiv 150 de doctoranzi.