I computer di oggi utilizzano spesso fino a quattro diversi tipi di tecnologia di memoria, dal disco rigido ai chip di memoria, ognuno con i suoi punti di forza e di debolezza. Una nuova tecnologia di memoria potrebbe essere pronta a sconvolgere questo panorama, però, con una combinazione unica di caratteristiche. Va sotto l'ingombrante acronimo STT-MRAM, che sta per memoria ad accesso casuale magnetico di coppia di trasferimento di spin.

"Tutte le altre tecnologie di memoria sono buone in alcune cose e non così buone in altre. Le persone sperano che STT-MRAM possa essere bravo in tutto, " disse l'ingegnere elettrico Holger Schmidt, il Professore Kapany di Optoelettronica all'UC Santa Cruz.

In qualità di uno dei 15 partner del programma Samsung Global MRAM Innovation, Il laboratorio di Schmidt sta collaborando con i ricercatori Samsung per aiutare a sviluppare questa tecnologia di memoria emergente. Con la sua esperienza in optoelettronica, Schmidt utilizza tecniche ottiche basate su impulsi laser ultracorti per studiare i dispositivi prototipo di preproduzione di Samsung. Le sue valutazioni stanno aiutando l'azienda a ottimizzare i materiali e i processi di fabbricazione.

nanomagneti

STT-MRAM memorizza le informazioni negli stati magnetici di minuscoli elementi magnetici o "nanomagneti" di diametro inferiore a 100 nanometri. A differenza di altre tecnologie di archiviazione magnetica, come i dischi rigidi con i loro dischi rotanti e testine di lettura e scrittura magnetiche, I dispositivi STT-MRAM non hanno parti mobili perché utilizzano la corrente elettrica per leggere e scrivere i dati. Sebbene le attuali implementazioni abbiano ancora ampi margini di miglioramento, la tecnologia offre il potenziale per l'alta velocità, alta densità, memoria efficiente dal punto di vista energetico non volatile, il che significa che le informazioni memorizzate non vengono perse quando l'alimentazione viene interrotta.

Diversi importanti progressi nella fisica e nella scienza dei materiali negli ultimi 20 anni hanno portato allo sviluppo di STT-MRAM e di altre cosiddette tecnologie spintroniche. Mentre i dispositivi elettronici si basano sul movimento di cariche elettriche, la spintronica sfrutta un'altra proprietà degli elettroni chiamata spin. Lo spin è uno di quei bizzarri concetti della meccanica quantistica senza un equivalente diretto nel nostro mondo macroscopico. Basti dire che gli elettroni si comportano come se girassero, producendo un piccolo momento magnetico (come una minuscola barra magnetica con i poli nord e sud) che può interagire con altri elettroni e atomi in un materiale.

I nanomagneti in un dispositivo STT-MRAM, chiamate spin valve o giunzioni magnetiche a tunnel, hanno due strati magnetici separati da una sottile barriera attraverso la quale può fluire la corrente elettrica. Quando gli spin nei due strati magnetici sono allineati, la resistenza è bassa, e se i due strati hanno spin opposti la resistenza è alta, fornendo due stati leggibili e commutabili per rappresentare 0 e 1 nella logica binaria dei computer.

Trasferimento di rotazione

La capacità di commutare lo stato di una valvola di rotazione con una corrente elettrica è stata un'innovazione fondamentale. Una corrente polarizzata in cui gli spin degli elettroni sono allineati può trasferire quello stato di spin a uno degli strati magnetici mentre lo attraversa, un fenomeno chiamato coppia di trasferimento di spin (STT).

I chip STT-MRAM per applicazioni di nicchia stanno appena iniziando a raggiungere il mercato, e decine di aziende stanno lavorando per ottimizzare la tecnologia da utilizzare nell'elettronica di consumo.

Secondo Schmidt, una delle sfide è far funzionare i chip con la minor potenza possibile in modo che non si riscaldino troppo. La quantità di corrente necessaria per commutare un nanomagnete dipende dallo smorzamento, o quanto tempo ci vuole per stabilizzarsi in un nuovo stato di rotazione, Lui ha spiegato. La misurazione dei parametri di smorzamento in una serie di nanomagneti è estremamente impegnativa, ma il laboratorio di Schmidt è in grado di farlo utilizzando brevi impulsi laser. Lui e i suoi collaboratori, guidato dallo studente laureato e primo autore Mike Jaris, hanno riportato le loro ultime scoperte in un articolo pubblicato su Lettere di fisica applicata .

"Siamo stati in grado di estrarre misurazioni di smorzamento da dispositivi prototipo e mostrare gli effetti del processo di fabbricazione sulle proprietà del materiale dei nanomagneti, " ha detto Schmidt.

La collaborazione con Samsung è stata entusiasmante per il suo laboratorio, Egli ha detto, dando ai suoi studenti l'opportunità di lavorare all'avanguardia di una tecnologia emergente. "È un tipo di memoria completamente diverso, e mi aspetto di vederlo utilizzato in più applicazioni nei prossimi anni, " Egli ha detto.