Munkamemória energia-étrenden A kutatók megalapozzák egy új típusú memóriachipet -
Az új memóriachip prototípusa. Tároláshoz vékony króm-oxid rétegből áll, amelyre a fizikusok ultravékony platina réteget visznek fel, amelyet olvasásra használnak. Kép: T. Kosub/HZDR
A jelenleg elterjedt, tisztán elektromos memóriachipeknek döntő hátrányuk van: "Ezek az emlékek ingatagak, ezért állapotukat folyamatosan meg kell újítani" - magyarázza Tobias Kosub, a tanulmány első szerzője és a Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) posztdoktora. - És ez sok energiát emészt fel.
A következmények többek között a nagy adatközpontokban is érezhetők: Egyrészt az áramszámlájuk növekszik a teljesítmény növekedésével. Másrészt a forgács egyre jobban felmelegszik energiafogyasztása miatt. Az adatközpontok számára egyre nehezebb eloszlatni ezt a hőt - így néhány felhő-üzemeltető még a hideg településeken is megkezdi számítógépes farmjainak felállítását.
Van alternatíva az elektromos memóriachipeknek: az úgynevezett MRAM-ok mágnesesen tárolják adataikat, így nem kell őket folyamatosan frissíteni. Viszont viszonylag nagy áramokra van szükség az adatok memóriába történő írásához. De ez csökkenti a megbízhatóságot: "Ha meghibásodások vannak az írás vagy az olvasás folyamatában, azzal fenyegetnek, hogy idő előtt elhasználódnak és megszakadnak" - mondja Kosub.
Elektromos feszültség az áram helyett
Éppen ezért a szakértők hosszú ideje dolgoznak az MRAM alternatíváin. A magnetoelektromos antiferromágneseknek nevezett anyagosztály különösen ígéretesnek tűnik. Ahelyett, hogy villamos energiával aktiválják őket, elektromos feszültség által aktiválódnak. A probléma: "Ezekhez az anyagokhoz nem lehet könnyen hozzáférni" - magyarázza a HZDR csoport vezetője Dr. Denys Makarov. "Nehéz adatokat rájuk írni és újra kiolvasni."
Eddig azt feltételezték, hogy ezek a magnetoelektromos antiferromágnesek csak közvetett módon olvashatók ki a ferromágneseken keresztül, de ez 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. A szendvics töltéséhez hasonlóan ez is két nanométer vékony elektróda közé van felszerelve. Ha erre feszültséget alkalmaz, a króm-oxid egy másik mágneses állapotba „fordul” - a bit meg van írva. A legfontosabb: néhány voltos feszültség elegendő.
"Más koncepciókhoz képest 50-szeresére csökkenteni tudtuk a feszültséget" - mondja 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. "De sikerült kifejlesztenünk egy olyan módszert, amely elnyomja a zavaró jelek zivatarát, és lehetővé teszi a hasznos jel elérését" - magyarázza Makarov.
„Ez volt az igazi áttörés.” Az eredmények nagyon ígéretesek, amint Oliver G. Schmidt professzor, a résztvevő Leibniz Szilárdtest- és Anyagkutató Intézet (IFW) értékelése szerint: „Izgalmas lesz látni, hogy ez az új Megközelítés a kialakult szilícium technológiával kapcsolatban a jövőben. ”A kutatók jelenleg a koncepció továbbfejlesztésén dolgoznak.
"Eddig az anyag szobahőmérsékleten működött, de csak egy kis ablakban" - magyarázza Kosub. „A króm-oxid célzott megváltoztatásával jelentősen meg akarjuk terjeszteni a területet.” A svájci nanotudományi intézet és a Bázeli Egyetem Fizikai Tanszékének munkatársai fontos hozzájárulást jelentenek. 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 számítógépgyártói eljárásokkal lehet gyártani" - mondja Makarov. "Nem utolsósorban emiatt az ipar nagy érdeklődést mutat az ilyen alkatrészek iránt."
Kiadvány:
T. Kosub, M. Kopte, R. Hühne, P. Appel, B. Shields, P. Maletinsky, R. Hübner, MO Liedke, J. Fassbender, OG Schmidt, D. Makarov: Tisztán antiferromágneses magnetoelektromos véletlen hozzáférésű memória, in Nature Communications, 2016 (DOI: 10.1038/NCOMMS13985)
További információ:
Dr. Tobias Kosub | Dr. Denys Makarov
A HZDR Ionnyalábfizikai és Anyagkutatási Intézete
Tel. +49 351 260-2900 | 3273
E-mail: [email protected] | [email protected]
Média kapcsolattartó:
Simon Schmitt | Tudományos szerkesztő
Tel. +49 351 260-3400 | E-mail: [email protected]
A Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) kutatásokat végez az energia, az egészségügy és az anyag területén. A hangsúly a következő kérdésekre irányul:
- Az energia és az erőforrások hatékony, biztonságos és fenntartható felhasználása?
- Hogyan lehet a rákbetegségeket jobban vizualizálni, jellemezni és hatékonyan kezelni?
- Hogyan viselkednek az anyagok és az anyagok a nagy mezők hatása alatt és a legkisebb méretben is?
A tudományos kérdések megválaszolásához egyedi kísérleti lehetőségekkel rendelkező nagy eszközöket használnak, amelyek külső mérővendégek számára is elérhetők. A HZDR a Helmholtz Egyesület tagja, amely Németország legnagyobb tudományos szervezete. Öt helyszíne van, és körülbelül 1100 embernek ad munkát - köztük mintegy 500 tudós, köztük 150 doktorandusz.