De onderzoeksgroep van professor Hideo Ohno en universitair hoofddocent Shunsuke Fukami van de Tohoku University heeft een magnetisch geheugenapparaat met nieuwe structuur ontwikkeld dat gebruik maakt van door spin-orbit-torsie geïnduceerde magnetisatieschakeling.

Gedurende deze twee decennia er is veel energie gestoken in de ontwikkeling van magnetische geheugens met willekeurige toegang (MRAM's), die informatie opslaan als de magnetisatierichting van een magneet. Aangezien de magnetisatie kan, in het algemeen zijn, onbeperkt met hoge snelheid worden omgekeerd, de MRAM's worden beschouwd als een veelbelovende vervanging voor de momenteel gebruikte halfgeleider-gebaseerde werkgeheugens zoals statische random access memory's (SRAM's) en dynamische random access memory's (DRAM's), die nu met een aantal ernstige problemen worden geconfronteerd.

De centrale kwestie van de MRAM-ontwikkeling is hoe de magnetisatieomkering efficiënt kan worden bereikt.

Onlangs, spin-orbit-torque (SOT)-geïnduceerde magnetisatie-omschakeling - waarbij gebruik wordt gemaakt van koppels die worden veroorzaakt door een stroom in het vlak door de spin-orbit-interacties - werd gedemonstreerd en intensief bestudeerd. In principe, de SOT-geïnduceerde omschakeling zorgt voor een ultrasnelle omkering van de magnetisatie in een tijdschaal van nanoseconden.

De onderzoeksgroep van Tohoku University toonde een nieuw schema van SOT-geïnduceerde magnetisatieomschakeling. Terwijl er twee soorten schakelschema's waren waarbij de magnetisatie orthogonaal op de aangelegde schrijfstroom is gericht, de huidige structuur heeft de magnetisatie die collineair met de stroom leidt. De groep fabriceerde drie-terminal apparaten met de nieuwe structuur, waar een op Ta/CoFeB/MgO gebaseerde magnetische tunnelovergang wordt gebruikt, en met succes de schakelhandeling gedemonstreerd.

De vereiste stroomdichtheid om de magnetisatieschakeling te induceren was redelijk klein en het weerstandsverschil tussen "0" en "1" toestanden was redelijk groot, wat aangeeft dat de nieuwe structuur een veelbelovende kandidaat is voor de MRAM-toepassingen.

In aanvulling, de groep toonde aan dat de nieuwe structuur het potentieel heeft om te dienen als een nuttig hulpmiddel om diep in te gaan op de fysica van SOT-geïnduceerd schakelen, waarin nog een aantal onopgeloste problemen blijven bestaan.

Het magnetische geheugenapparaat kan de informatie opslaan zonder voeding, waardoor een drastische vermindering van het stroomverbruik van geïntegreerde schakelingen mogelijk is. Vooral, dit voordeel wordt aanzienlijk voor toepassingen met relatief lange standby-tijden, zoals sensorknooppunten die waarschijnlijk een belangrijke rol gaan spelen in toekomstige IoT-samenlevingen (Internet of Things).

In dit verband, het huidige werk zal naar verwachting de weg vrijmaken voor de realisatie van ultralaagvermogen en krachtige geïntegreerde schakelingen en IoT-samenlevingen.