Работна меморија на енергетска диета Истражувачите развиваат основа за нов вид мемориски чип -
Прототипот на новиот чип за меморија. Се состои од тенок слој на хром оксид за складирање, на кој физичарите нанесуваат ултра-тенок слој на платина, што се користи за читање. Слика: Т. Косуб/ХЗДР
Во моментов вообичаените чисто електрични мемориски чипови имаат одлучувачки недостаток: „Овие спомени се непостојани, затоа нивната состојба мора постојано да се обновува“, објаснува Тобијас Косуб, прв автор на студијата и пост-документ во Хелмхолц-Зентрум Дрезден-Росендорф (ХЗДР). „И тоа троши многу енергија.
Последиците се чувствуваат во големите центри за податоци, меѓу другото: Од една страна, нивните сметки за електрична енергија растат со зголемување на перформансите. Од друга страна, чиповите се повеќе се загреваат поради нивната потрошувачка на енергија. Станува сè потешко за центрите за податоци да ја расфрлаат оваа топлина - така што некои облачни оператори дури почнуваат да ги поставуваат своите компјутерски фарми во студените региони.
Постои алтернатива на електричните чипови за меморија: таканаречените MRAM-ови ги чуваат своите податоци магнетно, па затоа не мора постојано да се освежуваат. Сепак, потребни се релативно големи струи за да ги запишат податоците во меморијата. Но, тоа ја намалува веродостојноста: „Ако има дефекти во процесот на пишување или читање, тие се закануваат да се истрошат и да се расипат предвреме“, вели Косуб.
Електрична напнатост наместо струја
Затоа експертите работат на MRAM алтернативите подолго време. Класа на материјал наречен магнетоелектрични антиферомагнети се чини дека е особено ветувачка. Наместо електрична енергија, тие се активираат со електричен напон. Проблемот: „До овие материјали не може лесно да се пристапи“, објаснува водачот на групата ХЗДР, Др. Денис Макаров. „Тешко е да се напишат податоци за нив и да се прочитаат повторно.
Досега се претпоставуваше дека овие магнетоелектрични антиферомагнети може индиректно да се читаат само преку феромагнети, но ова негира многу од предностите. Значи, целта е да се создаде чисто анти-феромагнетна магнетоелектрична меморија (AF-MERAM).
Ова е токму она што сега го постигнаа истражувачките тимови од Дрезден и Базел. Тие развија прототип AF-MERAM базиран на тенок слој на хром оксид. Како и полнењето на сендвич, ова е опремено помеѓу две електроди тенки на нанометри. Ако нанесете напон на ова, оксидот на хром „се превртува“ во друга магнетна состојба - битот е запишан. Ознака: доволен е напон од неколку волти.
„Во споредба со другите концепти, можевме да го намалиме напонот за фактор 50“, вели Косуб. „Ова ни овозможува да напишеме малку без компонентата да троши многу енергија и да се загрева.“ Особен предизвик беше да можеме повторно да го прочитаме напишаниот дел.
За да го направат ова, физичарите нанесеа нанометар, фин слој на платина на оксидот на хром. Платината овозможува читање преку посебен електричен феномен - аномалниот ефект на Хол. Вистинскиот сигнал е многу мал и е надреден од сигнали за мешање. „Но, успеавме да развиеме метод што ги потиснува грмотевиците на мешачките сигнали и овозможува да се дојде до корисниот сигнал“, објаснува Макаров.
„Тоа беше вистинскиот чекор напред.“ Резултатите изгледаат многу ветувачки, како што оценува проф. Оливер Г. Шмит од учесникот Лајбниц, институт за истражување на цврста состојба и материјали (IFW): „beе биде возбудливо да се види како овој нов Пристап во однос на воспоставената силиконска технологија во иднина. ”Истражувачите сега се во процес на понатамошен развој на концептот.
„Досега материјалот работел на собна температура, но само во мал прозорец“, објаснува Косуб. „Со менување на оксидот на хром на насочен начин, сакаме значително да ја прошириме областа.“ Нашите колеги од швајцарскиот институт за нанонаука и одделот за физика на Универзитетот во Базел даваат важен придонес. Развиевте нов метод со кој магнетните својства на оксид на хром може да се мапираат за нано-скала за прв пат. Експертите исто така сакаат да интегрираат неколку мемориски елементи на еден чип.
Досега е имплементиран само еден елемент со кој може да се зачува само еден бит. Следниот чекор - и важен во можната апликација - е да се конструира низа од неколку елементи. „Во принцип, таквите мемориски чипови може да се произведуваат со вообичаени процеси на производители на компјутери“, вели Макаров. „Не само што поради ова, индустријата покажува голем интерес за ваквите компоненти“.
Публикација:
T. Kosub, M. Kopte, R. Hühne, P. Appel, B. Shields, P. Maletinsky, R. Hübner, MO Liedke, J. Fassbender, OG Schmidt, D. Makarov: Purely Antiferromagnetic Magnetoelectric Random Access Memory, in Природни комуникации, 2016 (ДОИ: 10.1038/NCOMMS13985)
Понатамошна информација:
Д-р Тобијас Косуб | Д-р Денис Макаров
Институт за истражување на физика и материјали на јонски зрак при ХЗДР
Тел. +49 351 260-2900 | 3273 година
Е-пошта: [email protected] | [email protected]
Медиумски контакт:
Симон Шмит | Уредник на наука
Тел. +49 351 260-3400 | Е-пошта: [email protected]
Хелмхолц-Зентрум Дрезден-Росендорф (ХЗДР) спроведува истражување во областа на енергијата, здравјето и материјата. Фокусот е на следниве прашања:
- Како да се користат енергијата и ресурсите ефикасно, безбедно и одржливо?
- Како можат болестите на ракот подобро да се визуелизираат, карактеризираат и ефективно да се лекуваат?
- Како материјата и материјалите се однесуваат под влијание на високи полиња и во најмали димензии?
Големи уреди со уникатни опции за експериментирање се користат за одговарање на научни прашања и се исто така достапни за гости за надворешно мерење. ХЗДР е член на Здружението Хелмхолц, најголемата научна организација во Германија. Има пет локации и вработува околу 1100 лица - вклучувајќи околу 500 научници, вклучувајќи 150 студенти на докторски студии.