Een team van internationale onderzoekers onder leiding van ingenieurs van de National University of Singapore (NUS) heeft een nieuw magnetisch apparaat uitgevonden om digitale informatie 20 keer efficiënter en met 10 keer meer stabiliteit te manipuleren dan commerciële spintronische digitale geheugens. Het nieuwe spintronische geheugenapparaat maakt gebruik van ferrimagnetten en is ontwikkeld in samenwerking met onderzoekers van het Toyota Technological Institute, Nagoya, en de Koreaanse universiteit, Seoel.

Deze doorbraak heeft het potentieel om de commerciële groei van op spin gebaseerd geheugen te versnellen. "Onze ontdekking zou een nieuw apparaatplatform kunnen bieden aan de spintronic-industrie, die momenteel worstelt met problemen rond instabiliteit en schaalbaarheid vanwege de dunne magnetische elementen die worden gebruikt, " zei universitair hoofddocent Yang Hyunsoo van de NUS-afdeling Electrical and Computer Engineering, die het project leidde.

De uitvinding van dit nieuwe spintronische geheugen werd voor het eerst gerapporteerd in het tijdschrift Natuurmaterialen op 3 december 2018.

Stijgende vraag naar nieuwe geheugentechnologieën

Vandaag, digitale informatie wordt in ongekende hoeveelheden over de hele wereld gegenereerd, en als zodanig is er een toenemende vraag naar goedkope, laag vermogen, zeer stabiel, en zeer schaalbare geheugen- en computerproducten. Een manier om dit te bereiken is met nieuwe spintronische materialen, waar digitale gegevens worden opgeslagen in opwaartse of neerwaartse magnetische toestanden van kleine magneten. Echter, terwijl bestaande spintronische geheugenproducten op basis van ferromagneten aan sommige van deze eisen voldoen, ze zijn nog steeds erg duur vanwege problemen met schaalbaarheid en stabiliteit.

"Op Ferromagneten gebaseerde geheugens kunnen niet verder dan enkele nanometers dik worden omdat hun schrijfefficiëntie exponentieel afneemt met toenemende dikte. Dit diktebereik is onvoldoende om de stabiliteit van opgeslagen digitale gegevens tegen normale temperatuurvariaties te garanderen, " verklaarde Dr. Yu Jiawei, die bij dit project betrokken was tijdens haar promotieonderzoek aan de NUS.

Een ferrimagnetische oplossing

Om deze uitdagingen aan te gaan, het team vervaardigde een magnetisch geheugenapparaat met behulp van een interessante klasse magnetisch materiaal:ferrimagneten. Cruciaal, er werd ontdekt dat ferrimagnetische materialen 10 keer dikker kunnen worden gekweekt zonder afbreuk te doen aan de algehele efficiëntie van het schrijven van gegevens.

"De spin van de stroom die elektronen draagt, die in feite de gegevens vertegenwoordigt die u wilt schrijven, ervaart minimale weerstand in ferrimagneten. Stelt u zich eens het verschil in efficiëntie voor wanneer u met uw auto op een achtbaans snelweg rijdt in vergelijking met een smalle stadsbaan. Terwijl een ferromagneet is als een stadsstraat voor de spin van een elektron, een ferrimagnet is een uitnodigende snelweg waar de spin of de onderliggende informatie over een zeer lange afstand kan overleven, " legde de heer Rahul Mishra uit, die deel uitmaakte van het onderzoeksteam en een huidige promovendus bij de groep.

Met behulp van een elektronische stroom, de NUS-onderzoekers waren in staat om informatie te schrijven in een ferrimagnet-geheugenelement dat 10 keer stabieler en 20 keer efficiënter was dan een ferromagneet.

Voor deze ontdekking Het team van universitair hoofddocent Yang profiteerde van de unieke atomaire rangschikking in een ferrimagnet. "Bij ferrimagneten, de naburige atomaire magneten zijn tegenovergesteld aan elkaar. De verstoring die door het ene atoom op een inkomende spin wordt veroorzaakt, wordt gecompenseerd door de volgende, en als resultaat reist informatie sneller en verder met minder kracht. We hopen dat de computer- en opslagindustrie kan profiteren van onze uitvinding om de prestaties en het bewaren van gegevens van opkomende spin-geheugens te verbeteren, " zei universitair hoofddocent Yang.

Volgende stappen

Het NUS-onderzoeksteam is nu van plan om de schrijf- en leessnelheid van hun apparaat te onderzoeken. Ze verwachten dat de onderscheidende atomaire eigenschappen van hun apparaat ook zullen resulteren in ultrasnelle prestaties. In aanvulling, ze zijn ook van plan om samen te werken met industriële partners om de commerciële vertaling van hun ontdekking te versnellen.