Merevolusi memori: MRAM hemat energi membuka kunci masa depan yang lebih hijau
Sebuah studi baru memperkenalkan perangkat MRAM berenergi rendah menggunakan medan listrik untuk penulisan data, kontras dengan tuntutan berenergi tinggi RAM tradisional.
Metode ini meningkatkan penyimpanan data dengan daya berkurang, memanfaatkan heterostruktur multiferroic canggih untuk kinerja yang lebih baik.
Pengembangan MRAM yang hemat energi
Dalam beberapa tahun terakhir, jenis memori baru untuk perangkat komputasi telah dikembangkan untuk mengatasi keterbatasan memori akses acak tradisional (RAM). Magnetoresistive RAM (MRAM) menonjol di antara inovasi-inovasi ini, menawarkan manfaat utama seperti non-volatilitas, kecepatan tinggi, kapasitas penyimpanan yang lebih besar, dan daya tahan yang lebih besar. Namun, satu tantangan utama tetap: Mengurangi konsumsi energi selama penulisan data.
Peneliti dari Universitas Osaka, dalam sebuah studi yang diterbitkan di Ilmu Tingkat Lanjuttelah memperkenalkan teknologi inovatif untuk MRAM yang secara signifikan menurunkan penggunaan energi selama proses penulisan. Pendekatan ini menggantikan metode penulisan berbasis saat ini konvensional dengan sistem berbasis medan listrik, mengurangi tuntutan energi dan memposisikan MRAM sebagai alternatif yang menjanjikan untuk RAM tradisional.
Membandingkan teknologi dram dan mram
Perangkat dinamis RAM (DRAM) konvensional memiliki unit penyimpanan dasar yang terdiri dari transistor dan kapasitor. Namun, data yang tersimpan mudah berubah, yang berarti bahwa input energi diperlukan untuk menyimpan data. Sebaliknya, MRAM menggunakan keadaan magnetik, seperti orientasi magnetisasi, untuk menulis dan menyimpan data, memungkinkan penyimpanan data yang tidak mudah menguap.
“Seperti yang diandalkan perangkat MRAM pada keadaan magnetisasi yang tidak mudah menguap daripada keadaan muatan yang mudah menguap dalam kapasitor, mereka adalah alternatif yang menjanjikan bagi DRAM dalam hal konsumsi daya rendah mereka di negara siaga,” jelas Takamasa Usami, penulis utama studi tersebut .
Teknik Penulisan Mram Tingkat Lanjut
Perangkat MRAM saat ini umumnya memerlukan arus listrik untuk mengganti vektor magnetisasi persimpangan terowongan magnetik, analog dengan pengalihan status muatan kapasitor dalam perangkat DRAM. Namun, arus listrik yang besar diperlukan untuk mengganti vektor magnetisasi selama proses penulisan. Ini menghasilkan pemanasan Joule yang tak terhindarkan, yang mengarah ke konsumsi energi.
Meningkatkan MRAM dengan heterostruktur multiferroik
Untuk mengatasi masalah tersebut, para peneliti telah mengembangkan komponen baru untuk pengendalian medan listrik perangkat MRAM. Teknologi utama adalah heterostruktur multiferroik dengan vektor magnetisasi yang dapat dialihkan oleh medan listrik (Gbr. 1). Respons heterostruktur terhadap medan listrik pada dasarnya ditandai dalam hal koefisien kopling magnetoelektrik (CME) converse; Nilai yang lebih besar menunjukkan respons magnetisasi yang lebih kuat.
Para peneliti sebelumnya melaporkan heterostruktur multiferroik dengan koefisien kopling CME besar lebih dari 10-5 s/m. Namun, fluktuasi struktural di bagian -bagian dari lapisan feromagnetik (CO2Fesi) membuatnya sulit untuk mencapai anisotropi magnetik yang diinginkan, menghambat operasi medan listrik yang andal. Untuk meningkatkan stabilitas konfigurasi ini, para peneliti mengembangkan teknologi baru untuk penyisipan lapisan vanadium ultra-tipis antara lapisan feromagnetik dan piezoelektrik. Seperti yang ditunjukkan pada Gambar. 2, antarmuka yang jelas dicapai dengan memasukkan lapisan vanadium, yang mengarah ke kontrol yang dapat diandalkan dari anisotropi magnetik di CO2Lapisan Fesi. Juga, efek CME mencapai nilai yang lebih besar dari yang dicapai dengan perangkat serupa yang tidak termasuk lapisan vanadium.
Hasil dan implikasi di masa depan
Para peneliti juga menunjukkan bahwa dua keadaan magnetik yang berbeda dapat diwujudkan di nol medan listrik dengan mengubah operasi penyapuan medan listrik. Ini berarti keadaan biner non-volatil dapat dengan sengaja dicapai pada medan listrik nol.
“Through precise control of the multiferroic heterostructures, two key requirements for implementing practical magnetoelectric (ME)-MRAM devices are satisfied, namely a non-volatile binary state with zero electric field, and a giant CME effect,” says Kohei Hamaya, senior author .
Penelitian di perangkat spintonik ini pada akhirnya dapat diimplementasikan pada perangkat MRAM praktis, memungkinkan produsen untuk mengembangkan ME-MRAM, yang merupakan teknologi penulisan berdaya rendah untuk berbagai aplikasi yang membutuhkan memori yang persisten dan aman.
Referensi: “Kontrol Buatan Efek Magnetoelektrik Converse Giant dalam Spintonic Multiferroic Heterostructure” oleh Takamasa Usami, Yuya Sanada, Shumpei Fujii, Shinya Yamada, Yu Shiratsuchi, Ryoichi Nakatan dan Kohei Hamiaya, 25 Desember, 25 Desember, 25 Desember, 25 Desember, 25 Desember, 25 Desember, 25 Desember, 25 Desember, 25 Desember, 25 Desember, 25 Desember, 25 Desember, 25 Desember, 25 Desember, 25 Desember, 25 Desember, 25 Desember, 25 Desember, 25 Desember dan Kohei, Ilmu Tingkat Lanjut.
Doi: 10.1002/advs.202413566
