Niet-vluchtige geheugens - die informatie kunnen vasthouden, zelfs wanneer de stroom is uitgeschakeld - worden grotendeels gebruikt in computers, tablets, pen-drives en vele andere elektronische apparaten. Van de verschillende bestaande technologieën wordt verwacht dat magnetoresistieve geheugens met willekeurige toegang (MRAM), die momenteel alleen in specifieke toepassingen worden gebruikt, de komende tien jaar aanzienlijk zullen groeien op de markt.

De nieuwste MRAM's op basis van spintronische mechanismen - d.w.z. fenomenen die verband houden met de spin, een intrinsieke eigenschap van elektronen en andere deeltjes - kunnen snellere bewerkingen, een lager stroomverbruik en een lange retentietijd bieden, met mogelijke toepassingen in draagbare apparaten, de auto-industrie, en het internet der dingen, onder andere.

In deze context kunnen grafeen en andere 2D-materialen, die zo dun zijn als een of zeer weinig atomaire lagen, een verstorende rol spelen. In feite kunnen hun eigenaardige en opmerkelijke eigenschappen oplossingen bieden voor de huidige technologische uitdagingen en prestatiebeperkingen die een verdere efficiënte inzet van MRAM's in de weg staan; daarom kunnen ze een sterke invloed hebben op het ontwerp van spintronische apparaten van de volgende generatie.

De verwachte verbetering en nieuwe kansen die kunnen voortvloeien uit de introductie van 2D-materialen in op spin gebaseerde geheugentechnologieën worden gepresenteerd in een perspectiefartikel dat vorige week is gepubliceerd in Nature . Dit werk, geleid door het Catalan Institute of Nanoscience and Nanotechnology (ICN2) op de campus van de Universitat Autònoma de Barcelona (UAB), en de National University of Singapore, geeft een overzicht van de stand van zaken op dit gebied en van de huidige uitdagingen worden geconfronteerd bij de ontwikkeling van niet-vluchtige geheugens in het algemeen, en in het bijzonder, van geheugens die gebruikmaken van spintronische mechanismen zoals spin-overdrachtskoppel (STT) en spin-orbitkoppel (SOT). De auteurs bespreken de voordelen die de co-integratie van 2D-materialen in deze technologieën met zich meebrengt, en geven een panoramisch beeld van de verbeteringen die al zijn bereikt, evenals een vooruitzicht op de vele vorderingen die verder onderzoek kan opleveren. Een mogelijke tijdlijn van vooruitgang in het volgende decennium wordt ook getraceerd.

"Zoals grondig besproken in de paper", zegt ICREA-professor Stephan Roche, groepsleider bij de ICN2 en leider van het Graphene Flagship Work Package gewijd aan Spintronics, "de fundamentele eigenschappen van 2D-materialen zoals atomair gladde interfaces, verminderde materiaalvermenging, kristal symmetrieën en nabijheidseffecten zijn de drijfveren voor mogelijke ontwrichtende verbeteringen voor spin-gebaseerde MRAM's. Deze komen naar voren als sleuteltechnologieën met een laag vermogen en zullen naar verwachting over grote markten worden verspreid, van embedded geheugens tot het internet der dingen."

Dit onderzoek werd gecoördineerd door ICN2-groepsleiders en ICREA-hoogleraren Prof. Stephan Roche en Prof. Sergio O. Valenzuela, en door Prof. Hyunsoo Yang van de National University of Singapore. Het werd uitgevoerd door een samenwerking van verschillende leden van het Graphene Flagship-projectconsortium, waaronder verschillende instituten van het Centre national de la recherche scientifique (CNRS, Frankrijk), Imec (België), Thales Research and Technology (Frankrijk) en de Franse Atomic Energy Commission (CEA), as well as key industries such as Samsung Electronics (South Korea) and Global Foundries (Singapore), which bring the vision of future market integration.

"It is impressive to observe the scientific results achieved by the spintronics work package and the technology activities carried out in the Imec environment, together with SMEs (Singulus Technologies, GRAPHENEA), which pave the way towards future impact on market applications," states Prof. Jari Kinaret, Director of the Graphene Flagship. "There are still challenges to be overcome to fully deploy the potential of 2D materials in real-life applications, but the expected industrial and economic benefits are very high."

"Funding efforts made by the European Commission to support the Graphene Flagship activities could position Europe at the lead of innovation spintronic technologies in a decade timescale," adds Prof. Andrea Ferrari, Science and Technology Officer of the Graphene Flagship. + Verder verkennen

Exploring new spintronics device functionalities in graphene heterostructures