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La tecnologia della memoria magnetica ad accesso casuale (MRAM) offre un potenziale sostanziale verso l'architettura di memoria universale di prossima generazione. Tuttavia, le MRAM all'avanguardia sono ancora fondamentalmente vincolate da una limitazione di velocità inferiore al nanosecondo, che è rimasta una sfida scientifica di lunga durata nella ricerca e sviluppo della spintronica. In questo progetto di doppio dottorato, Luding Wang ha dimostrato sperimentalmente un dispositivo a blocchi di costruzione opto-MRAM a picosecondi completamente funzionante, integrando la fotonica ultraveloce con la spintronica.
Colli di bottiglia nello sviluppo della MRAM
Hai mai sperimentato un arresto imprevisto del tuo computer, perdendo documenti nel processo su cui hai trascorso ore a lavorare? La tecnologia della memoria magnetica ad accesso casuale (MRAM) si concentra sulla manipolazione dello spin degli elettroni per affrontare un problema tecnico di questo tipo. All'interno dei bit MRAM, i dati vengono scritti cambiando la direzione dei nanomagneti. Pertanto, la MRAM consente di salvare i dati in modo duraturo quando l'alimentazione è spenta, i computer si avviano più velocemente e i dispositivi consumano meno energia.
Negli ultimi 25 anni sono state inventate e immesse sul mercato due grandi generazioni di MRAM. Le prime MRAM utilizzano un campo magnetico per scrivere i bit, mentre le MRAM all'avanguardia implementano un metodo basato sulla corrente di spin. Tuttavia, il processo di scrittura dei dati di queste MRAM è stato ostacolato da una sfida di lunga durata:la velocità è limitata al regime dei nanosecondi e consuma molta energia.
Integrazione ultraveloce della fotonica
In questa tesi, Luding Wang del gruppo di ricerca Physics of Nanostructures presso il dipartimento di Fisica Applicata integra un rapido sviluppo nel campo della fotonica ultraveloce, il laser a femtosecondi (fs):lo stimolo più veloce disponibile in commercio per l'umanità per rompere la limitazione di velocità dei nanosecondi , e nel frattempo rendilo mille volte più efficiente dal punto di vista energetico.
In questo progetto di doppio dottorato, i ricercatori della Eindhoven University of Technology (TU/e) guidati dal prof. dott. Bert Koopmans, e il Fert Beijing Institute della Beihang University guidato dal prof. dott. Weisheng Zhao, hanno mostrato la prima prova del concetto di questa memoria spintronica-fotonica utilizzando una mentalità interdisciplinare.
Memoria MRAM ottica ibrida
Ispirandosi agli schemi AOS (All-Optical Switching) indotti da laser a femtosecondi nei multistrati ferrimagnetici sintetici scoperti da TU/e nel 2017, l'integrazione con il bit MRAM è emersa come un percorso competitivo verso la progettazione MRAM di prossima generazione. Dal suo dottorato di ricerca ricerca, Wang riferisce sulla progettazione e caratterizzazione di un tale dispositivo di memoria ottica "ibrido", coniato una cella di bit opto-MRAM. Mostra una velocità di scrittura record di 20 picosecondi (ps), che è 1-2 ordini di grandezza oltre le attuali MRAM all'avanguardia, con una maggiore efficienza energetica (≈ 100 femtojoule per cambiare un 50×50 bit di dimensioni nm2).
Questo primo passo verso lo sviluppo di una "opto-MRAM" è un inizio molto promettente verso una memoria fotonica non volatile unica. Consente una conversione diretta di informazioni ottiche in informazioni magnetiche, senza passaggi intermedi di conversione elettronica dispendiosi dal punto di vista energetico. Inoltre, i risultati sperimentali rappresentano un importante progresso per stimolare ulteriori studi scientifici fondamentali che combinano i campi della spintronica e della fotonica. + Esplora ulteriormente
