Energia étrend a munkamemória számára Ideiglenes tárolás a platina rétegnek köszönhetően; Beágyazott hardver;
Az új memóriachip prototípusa egy vékony króm-oxid rétegből áll tárolásra, amelyen egy ultravékony platina réteget alkalmaznak az olvasáshoz.
A számítógép nem működhet fő memória nélkül. A manapság elterjedt elektromos memóriachipeknek azonban nagy az energiaigényük. A drezdai és a bázeli kutatók most megalapozták a memóriachipek új koncepcióját: A fő memóriát egy energia-étrendre helyezik.
A jelenleg használt tisztán elektromos memóriachipek volatilis memóriák. Folyamatosan meg kell újítaniuk állapotukat, ami Tobias Kosub, a tanulmány első szerzője és a Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) posztdoktora szerint sok energiát igényel. Az adatközpontok többek között érezni fogják a következményeket. A teljesítmény növekedésével növekszik az áramszámlája, és a chipek egyre jobban felmelegednek energiaigényük miatt. Az adatközpontok nehezen tudják eloszlatni a hőt. A probléma ellensúlyozása érdekében néhány felhőalapú szolgáltató akár odáig is eljut, hogy hideg régiókban létesíti számítógépes farmjait.
De van egy alternatíva az elektromos memóriachipeknek: az MRAM-ok (Magnetoresistive Random Access Memory) mágnesesen tárolják adatait, ezért nem kell őket folyamatosan frissíteni. Viszonylag nagy áramokra van szükség az adatok memóriába történő írásához. A nagy áramok azonban minimalizálják a megbízhatóságot. "Ha meghibásodások vannak az írás vagy az olvasás folyamatában, azzal fenyegetnek, hogy túl gyorsan elhasználódnak és megszakadnak" - magyarázza Kosub az MRAM-ok újabb kockázatát.
Elektromos feszültség az áram helyett
A szakmai világ egy ideje dolgozik az MRAM alternatíváin. A magnetoelektromos antiferromágneseknek nevezett anyagosztály különösen ígéretesnek tűnik. Az áram helyett elektromos feszültség aktiválja őket. Szerint Dr. Denys Makarov, a HZDR csoport vezetője nem tudja egyszerűen ellenőrizni az anyagokat. "Nehéz rájuk adatokat írni és újra kiolvasni" - magyarázza Makarov. Eddig azt feltételezték, hogy a magnetoelektromos antiferromágneseket csak közvetett módon lehet ferromágneseken keresztül kiolvasni, ami számos előnyt tagad. Tehát a cél egy tisztán ferromágneses magnetoelektromos memória létrehozása (AF-MERAM).
A drezdai és a bázeli kutatócsoportok pontosan ezt érték el. Kidolgozták az AF-MERAM prototípust, amely ostya-vékony króm-oxid rétegre épült. Két nanométer vékony elektróda közé van felszerelve. Ha feszültséget adunk a rétegre, a króm-oxid egy másik mágneses állapotba kerül "- írjuk a bitet. Néhány volt feszültség elegendő. "Más fogalmakhoz képest képesek voltunk 50-szeresére csökkenteni a feszültséget" - magyarázza Kosub. "Ez lehetővé teszi számunkra, hogy írjunk egy kicsit anélkül, hogy az alkatrész sok energiát fogyasztana és felmelegedne." Különleges kihívás volt az írott bit felolvasása.
Ehhez a fizikusok nanométeres finom platina réteget vittek fel a króm-oxidra. A platina lehetővé teszi az olvasást egy speciális elektromos jelenség révén - az anomális Hall-effektus révén. A tényleges jel nagyon kicsi, és interferencia jelek helyezik el. A kutatók azonban olyan módszert tudtak kifejleszteni, amely elnyomja az interferenciajelek zivatarát, és lehetővé teszi a hasznos jel elérését.
"Eddig az anyag szobahőmérsékleten működött, de csak egy kis ablakban" - magyarázza Kosub. De a tartományt jelentősen bővíteni kell a króm-oxid speciális megváltoztatásával. Ehhez jelentősen hozzájárulnak a svájci nanotudományi intézet és a Bázeli Egyetem Fizikai Tanszékének munkatársai. Ön kifejlesztett egy új módszert, amellyel a króm-oxid mágneses tulajdonságai először feltérképezhetők a nanoméreten. A szakértők emellett több memóriaelemet is szeretnének integrálni egy chipbe. Eddig csak egyetlen elem került megvalósításra, amellyel csak egy bit menthető. A következő lépés - és fontos egy lehetséges alkalmazásban - egy tömb létrehozása több elemből. "Elvileg az ilyen memóriachipeket a szokásos számítógépgyártó eljárásokkal lehetne előállítani" - mondja Makarov. A folyamat ezért az ipart is nagyon érdekli.