Разработан новый тип высокоскоростной магнитной памяти - «Наука и технологии»

В течение нескольких десятилетий ученые пытались разработать эффективную магнитную память с произвольным доступом (magnetic random access memory, MRAM), в которой информация хранится в виде направления намагниченности частички магнитного материала. Так как намагниченность материала может быть изменена с очень большой скоростью, такой тип памяти рассматривается в качестве замены полупроводниковой статической памяти (SRAM) и динамической памяти (DRAM). Однако, при создании ячеек MRAM-памяти различного типа ученые сталкивались с рядом достаточно сложных проблем. Исследовательская группа из университета Тохоку (Tohoku University), возглавляемая профессором Хидео Оно (Hideo Ohno) и адъюнкт-профессором Сюнсукэ Фуками (Shunsuke Fukami), разработала структуру ячеек нового типа магнитной памяти, основанных на эффекте индуцированного спин-орбитального момента (spin-orbit-torque, SOT), который обеспечивает быстрое переключение намагниченности ячейки.

Технология индуцированного SOT-переключения намагниченности является достаточно новой технологией, которая лишь в последнее время была изучена достаточно хорошо. Переключение намагниченности ячейки памяти производится путем воздействия протекающего через ячейку электрического тока на орбиты вращения электронов атомов материала, а само переключение может производиться очень быстро, во временной шкале, исчисляющейся наносекундами.

В своих исследованиях группа профессора Хидео Оно разработала ячейку памяти, структура которой достаточно кардинально отличается от структур подобных ячеек созданных ранее, в которых использовались две независимых схемы, переключающие направление намагниченности на параллельное и перпендикулярное. В новой ячейке имеется не четыре, а три электрода, которые соединяются со структурой магнитного туннельного перехода, состоящего из различных материалов - Ta/CoFeB/MgO.

В ходе испытаний созданных образцов ячеек памяти ученые продемонстрировали, что разработанная ими технология способна обеспечить быстрое переключение направления намагниченности. Кроме этого, плотность электрического тока, требующегося для переключения, мала и находится в разумных пределах, а разница в сопротивлении ячеек с записанными в них логическими 1 и 0 достаточно велика для обеспечения надежной работы. Все вышеперечисленное делает новые ячейки магнитной памяти весьма перспективными кандидатами на практическое воплощение технологий MRAM-памяти, которая способна хранить информацию длительное время при отсутствии энергии из внешнего источника.

Дальнейшие исследования процессов, протекающих в ячейках магнитной памяти нового типа, могут стать инструментом, который позволит ученым досконально изучить все особенности SOT-переключения направления намагниченности, процесса, в физике которого пока еще остается множество "белых пятен".