一种新的磁控制方法可让MRAM实现超快读写速度

shuszhao · 发表于 2017-11-9 12:56:54

美国加州大学的研究人员开发了一种新的超快速电子控制方法，可控制某些金属的磁性。他们发现，钆和铁的磁性合金在经过几皮秒(十亿分之一秒)的雷射突波脉冲时，能在10皮秒的时间内改变磁的方向......
目前大多数的快速随机存取内存(RAM)都是以是否采用电荷以指示‘0’或‘1’为基础。这种内存真的极其快速，很容易就能达到低于1皮秒(ps)或10亿分之一秒开关时间。而且他们的速度也得这么快，才能跟得上当今CPU所需的功能。
但问题是，这种真正快速的内存要恒定输入的能量，以保持‘0’或‘1’。当然，其每位的功耗十分微小，但考虑到当今电子装置采用数10亿字节(gigabyte；GB)的内存，整体的功率要求迅速增加，而功率消耗也产生热量。供电和散热一直是计算机设计的问题，而对于行动装置、穿戴式装置以及远程物联网(IoT)装置而言，他们也成为设计成败最关键的因素。
磁阻式随机存取内存(MRAM)是非挥发性的，一旦内存经设置，就不需要维持功率，也能保有设定。但缺点是速度不够。美国加州大学柏克莱分校(UC Berkeley)教授Jeffrey Bokor及其研究团队正着手突破这一速度障碍。
美国加州大学(柏克莱分校和河滨分校)的研究人员开发了一种新的超快速电子控制方法，可控制某些金属的磁性。他们发现，钆和铁的磁性合金在经过几皮秒(十亿分之一秒)的雷射突波脉冲时，能在10皮秒的时间内改变磁的方向。尽管不像基于电荷的半导体RAM，但它代表现有MRAM技术的巨大进展。

透过超快速的激光脉冲，切换磁性内存（来源：UC Berkeley）
加州大学研究人员Richard Wilson说：“电脉冲暂时增加了原子电子的能量，能量的增加使得铁和钆原子的磁力彼此施加扭矩，最终导致金属的磁极重新定向。这是利用电流控制磁体的全新方式。”
但钆铁合金只是第一步。正如另一位研究人员Charles-Henri Lambert所指出的那样，“找到一种扩展这一途径的方式，从而为更广泛的磁性材料类型实现更快速的电子写入，是一项令人振奋的挑战。”
下一步就是要在钆铁合金上面堆栈一层钴。研究人员们已展开了第二项研究，其结果发表在《应用物理学快报》(Applied Physics Letters)期刊中。在这项研采用钆铁钴(GdFeCo)薄膜，显示由激光脉冲导致的切换持续时间更短得多；这表示即使能效更高，产生的热仍较少。
磁阻内存并不是实现更快速、更有效率内存的唯一可能性。惠普公司(Hewlett Packard Corporation)和其他公司已经投入了大量的时间和精力于忆阻器的开发——忆阻器是随着内存指示‘0’或‘1’的状态而利用其电阻变化的组件。业界对于更高能量、更有效率的内存需求显而易见，而且还将持续寻找下一代的可用内存。