SakhalinMedia, 30 июня. Международная группа ученых из ДВФУ, СахГУ и и научных центров Китая предложила решение, которое приближает создание энергонезависимой памяти нового поколения — SOT-MRAM (spin-orbit torque MRAM). Они разработали технологию, которая позволяет записывать информацию в десятки раз быстрее традиционных флеш-накопителей и при этом потреблять значительно меньше энергии. Более того, данные в такой памяти сохраняются даже при отключении питания. Результаты исследования опубликованы в авторитетном научном журнале Applied Physics Letters (18+), сообщает пресс-служба ДВФУ.
Современные компьютеры, смартфоны и другая техника часто работают не на полную мощность из-за дисбаланса скоростей: процессор опережает память, которая становится "узким горлышком". Новый тип памяти способен решить эту проблему. До недавнего времени существовала серьезная техническая преграда: для переключения ячеек памяти требовалось внешнее магнитное поле, что усложняло конструкцию устройств и делало их менее компактными. Ученые нашли элегантное решение, позволившее обойтись без внешнего магнита.
Исследователи разработали особую трехслойную структуру: два магнитных слоя (один намагничен горизонтально, другой — вертикально) и сверхтонкую прослойку из вольфрама толщиной всего в 1 нанометр — это примерно в 100 тысяч раз тоньше человеческого волоса. Оказалось, что даже такой ультратонкий слой эффективно генерирует спиновый ток — особый поток электронов, который переключает намагниченность ячеек. Эффективность преобразования электрического тока в спиновый составила около 15%, что сопоставимо с показателями гораздо более толстых слоев тяжелых металлов.
"Наше исследование показывает, что даже сверхтонкие слои тяжелых металлов — всего в несколько атомных слоев — могут быть эффективными источниками спинового тока. Это важно для практического производства, потому что чем тоньше слои, тем меньше токи записи, и меньше энергии требуется для переключения ячеек памяти. И, соответственно, тем компактнее может быть само устройство. Кроме того, мы впервые детально проанализировали, какую роль в этом процессе играет ферромагнитный слой. Оказалось, что при определенных условиях он может работать как самостоятельный источник спинового тока — это расширяет выбор материалов для будущих устройств и потенциально упрощает их производство", — отметил Александр Давыденко, кандидат физико-математических наук, доцент Департамента общей и экспериментальной физики ДВФУ.
Принцип работы новой памяти отличается от традиционной. Если в обычной компьютерной памяти информация хранится в виде электрических зарядов, то в SOT-MRAM — в виде направления намагниченности микроскопических участков материала, так называемых магнитных доменов. Переключать их можно с помощью электрического тока, который благодаря особым свойствам тяжелых металлов преобразуется в спиновый ток.
Главная сложность заключалась в том, что для стабильного переключения требовалось небольшое магнитное поле. Предложенная учеными T-образная конфигурация, при которой один слой намагничен горизонтально, а другой — вертикально, создает внутреннее эффективное поле, полностью заменяющее внешний магнит. В результате устройство становится проще, дешевле и надежнее.
Работа выполнена международным коллективом. Основная часть экспериментальных исследований проведена в Пекинской национальной лаборатории физики конденсированного состояния (Китай). Группа ученых из Дальневосточного федерального университета отвечала за анализ магнитных свойств и токоиндуцированных процессов перемагничивания полученных наноструктур. Исследование поддержано грантом Российского научного фонда (проект № 25-42-00083).
