Onderzoekers van de Universiteit van Osaka, in samenwerking met het National Institute of Advanced Industrial Science and Technology (AIST) en de Universiteit van Grenoble Alpes, rapporteren een efficiënte techniek voor het regelen van de richting van een magneet van nanoformaat door met hoge snelheid te verwarmen. De onderzoekers ontdekten ook dat nanomagneten microgolfsignalen versterken. De prestaties van deze groep zullen bijdragen aan het verminderen van het stroomverbruik van magnetoresistieve random access memory (MRAM) en kunstmatige intelligentie (AI) -apparaten. Hierdoor kunnen AI-apparaten hun geheugen efficiënter lezen en schrijven, waardoor het stroomverbruik van AI-functies zoals machine learning en besluitvorming wordt onderdrukt. Dit is weer een stap op weg naar een superslimme samenleving.

Door het stroomverbruik van informatie- en communicatieapparatuur te verminderen, kunnen ze lang blijven werken, ook in tijden van rampspoed. Spintronica is een veel onderzocht gebied waarin MRAM-technologie is ontwikkeld met behulp van magnetische tunnelovergangen (MTJ's). MRAM gebruikt de richting van een magnetische pool om informatie op te slaan, zodat het geheugen kan behouden zonder standby-stroom. Met behulp van deze technologieën, onderzoekers hebben geprobeerd het energieverbruik van AI-apparaten te verminderen.

Door de magnetische uitlijning van een MTJ te regelen door een kleine stroom en spanning te gebruiken, het is mogelijk om het stroomverbruik van het apparaat te verminderen. echter, het probleem voor spin-transfer-torque MRAM (STT-MRAM) is dat de spanning snel toeneemt wanneer de schrijfsnelheid hoog is, veel kracht gebruiken.

De onderzoeksgroep heeft ontdekt dat het mogelijk is om informatie te schrijven met minder energie dan STT-MRAM door de magnetische anisotropie in een MTJ te veranderen door de aangelegde spanning te regelen. Om deze methode praktisch te maken, het is noodzakelijk om de grootte van spanningsgestuurde magnetische anisotropie te vergroten. Naast het vinden van de juiste materialen, Er is gezocht naar andere methoden voor het veranderen van magnetische anisotropie.

De onderzoekers slaagden erin een gigantische magnetische anisotropieverandering teweeg te brengen in een MTJ met dubbele isolatorlagen door Joule-verwarming. Naarmate de temperatuur in de metalen (vrije) laag van een MTJ toeneemt, magnetische anisotropie verandert, dus het wordt mogelijk om de richting van een magnetische pool te veranderen. Ze ontdekten dat de magnetische anisotropie afhing van de voorspanning als gevolg van Joule-verwarming. Dit toont aan dat de temperatuurstijging veroorzaakt door Joule-verwarming de magnetische anisotropie veranderde. Toen de onderzoekers de maximale waarde van de magnetische anisotropieverandering voor een bepaald elektrisch veld evalueerden, de grootte van het warmte-effect was 300 fJ/Vm, wat bijna hetzelfde was als de gerapporteerde maximale waarde van de snelle spanningsregeling van de magnetische anisotropie (VCMA) met behulp van puur elektronisch effect. Hoewel de warmte-effectstroom veel groter is in vergelijking met VCMA, het is efficiënter dan STT voor toepassingen met hoge snelheid. In aanvulling, deze waarde zal toenemen door verbetering van het verwarmingssysteem in een MTJ.

De onderzoeksgroep ontdekte ook dat een magnetron werd versterkt door een MTJ met behulp van de gigantische magnetische anisotropieverandering. Microgolfversterking was eerder geprobeerd met behulp van een magnetisch veld met microgolffrequentie; echter, het door conventionele methoden verkregen microgolfvermogen was 0,005, en er was geen versterking. De groep bereikte een microgolfvermogenreflectiviteit van 1,6 met een magnetisch veld van 50 mT en een microgolffrequentie van 0,4 GHz; dat is, de magnetron werd met ongeveer 60 procent versterkt in vergelijking met de invoermicrogolf.

Eerste auteur Minori Goto zegt:"Onze studie is het eerste rapport van microgolfversterking met behulp van spintronica-apparaten. Dit onderzoek zal de weg vrijmaken voor de ontwikkeling van krachtige microgolfapparaten. Vooruit, we verwachten dat onze technologie zal worden toegepast op nieuwe microgolfapparaten met een hoge gevoeligheid en een hoge output. Dit zal ook bijdragen aan technologie met een laag stroomverbruik voor MRAM- en AI-hardware."