La tecnica dello sputtering è stata ampiamente utilizzata per la deposizione di film sottili. Sotto le pistole sputacchianti, un wafer da otto pollici con dispositivo modellato fabbricato mediante deposizione, fotolitografia, incisione, ecc. Credito:NTHU MSE, Taiwan
La memoria ad accesso casuale magnetoresistivo (MRAM) è il candidato migliore per la tecnologia digitale di prossima generazione. Però, manipolare MRAM in modo efficiente ed efficace è impegnativo. Un team di ricerca interdisciplinare con sede presso la National Tsing Hua University (NTHU) di Taiwan, guidato dal Prof. Chih-Huang Lai, Dipartimento di Scienza e Ingegneria dei Materiali, e il prof. Hsiu-Hau Lin, Il Dipartimento di Fisica ha ora raggiunto una svolta. Aggiungendo uno strato di platino spesso solo pochi nanometri, il loro dispositivo genera corrente di spin per commutare i momenti magnetici bloccati a piacimento, un compito che non è mai stato portato a termine prima. Per leggere e scrivere più velocemente, riduzione del consumo energetico e conservazione dei dati in caso di interruzione di corrente, MRAM è particolarmente promettente.
Attualmente, l'elaborazione delle informazioni nei dispositivi digitali viene eseguita principalmente utilizzando la memoria dinamica ad accesso casuale (DRAM), ma consuma una potenza significativa e affronta seri ostacoli quando viene ridotto di dimensioni. La DRAM utilizza la carica degli elettroni. "Ma gli elettroni hanno sia carica che spin, " disse Lai. "Perché non si può lavorare con lo spin degli elettroni per manipolare la MRAM?" Per mettere in pratica l'idea, Lai e Lin hanno formato un gruppo di ricerca interdisciplinare con gli studenti di dottorato Bohong Lin e Boyuan Yang.
Lin ha spiegato che la struttura della MRAM è come un sandwich. Lo strato superiore è costituito da un magnete che ruota liberamente, utilizzato per il calcolo dei dati, mentre lo strato inferiore è costituito da un magnete fisso, responsabile della conservazione dei dati. Questi due strati sono separati da uno strato di ossido.
La sfida è cambiare questi strati con mezzi elettrici. Dopo una lunga serie di esperimenti, hanno trovato il successo con uno strato di platino sottile in un nanometro. A causa delle interazioni spin-orbita, la corrente elettrica guida per prima il movimento collettivo degli spin degli elettroni. La corrente di spin commuta quindi il momento magnetico bloccato in modo efficace e preciso.
Una corrente di spin (il percorso elettrico giallo) passa attraverso il ferromagnetico (FM, regione blu)/antiferromagnetico (AFM, regione rossa) struttura a doppio strato (le frecce indicano la direzione del momento magnetico). Il momento ferromagnetico e il momento antiferromagnetico (la polarizzazione di scambio) possono essere entrambi commutati (parte centrale:commutazione; parte superiore:già commutata; parte inferiore:da commutare). Credito:NTHU MSE, Taiwan
Negli ultimi anni, NTHU ha promosso la cooperazione interdisciplinare, come la ricerca MRAM condotta dall'esperto di materiali Lai e dal fisico Lin.
Le principali aziende internazionali stanno perseguendo la tecnologia MRAM, compreso TSMC, Intel, e Samsung. È probabile che la produzione di massa di MRAM ad alta densità inizierà quest'anno, uno sviluppo in cui il team di ricerca guidato da Lai e Lin ha svolto un ruolo chiave.
Il team di ricerca sta attualmente estendendo la sua scoperta rivoluzionaria ad altre strutture, e si prevede che i loro risultati avranno un impatto importante sullo sviluppo della tecnologia della memoria. Dal punto di vista di Lai, lo sviluppo della tecnologia MRAM avrà un'influenza decisiva sulla futura crescita ed evoluzione dell'industria mondiale dei semiconduttori.
