高效节能的磁性RAM 自旋电子技术的新组成部分

浦项科技大学(POSTECH)和韩国首尔国立大学的研究人员展示了一种新的方法来提高称为SOT-MRAM的非易失性磁存储设备的能效。这一发现发表在《高级材料》上，为基于自旋电子学的未来节能磁存储器打开了一个令人兴奋的新窗口。

在现代计算机中，随机存取存储器(RAM)用于存储信息。SOT-MRAM(自旋转矩磁RAM)是下一代存储器技术的领先候选者之一，旨在超越各种现有RAM的性能。SOT-MRAM的运行速度可能比现有最快的RAM(SRAM)快，即使在关闭电源后仍可维护信息，而当今存在的所有快速RAM都会在电能耗尽后立即丢失信息电源已关闭。SOT-MRAM技术的当前水平由于对能量的高需求而不能令人满意。它需要大量的能源(或大电流)来写入信息。对于SOT-MRAM而言，降低能源需求和提高能源效率是一个突出的问题。

在SOT-MRAM中，微小磁铁的磁化方向存储信息和写入量，以将磁化方向改变为期望的方向。磁化方向的改变是通过一种称为SOT的特殊物理现象实现的，该现象会在施加电流时修改磁化方向。为了提高能量效率，软磁铁是微型磁铁的理想材料选择，因为软磁铁的磁化方向很容易被小电流改变。对于安全存储信息而言，软磁铁是不好的选择，因为软磁铁的磁化方向甚至可能由于热噪声或其他噪声而无意改变。因此，大多数构建SOT-MRAM的尝试都采用硬磁体，因为它们的磁化强度很高，并且磁化方向不易被噪声改变。

由POSTECH物理系的李贤宇教授和汉城国立大学的物理系Je-Geun Park教授领导的联合研究小组(基础科学研究所相关电子系统中心前副主任)在韩国)展示了一种在不牺牲安全存储需求的情况下提高能源效率的方法。他们报道说，超薄碲化铁锗(Fe 3 GeTe 2(FGT)是一种具有特殊的几何对称性和量子特性的铁磁材料，当施加小电流时，它会从硬磁体转换为软磁体。因此，当不打算进行信息写入时，该材料保留为硬磁铁，这对于安全存储是有益的，并且仅当打算进行写入时，该材料才切换为软磁铁，从而提高了能量效率。

“层状材料的迷人特性永远不会令我惊讶：流过FGT的电流会产生一种非常不寻常的自旋轨道转矩(SOT)，它改变了这种材料的能量分布，将其从硬磁体转换为软磁体。这与其他材料制成的SOT形成鲜明对比，SOT可能会改变磁化方向，但无法将硬磁铁切换为软磁铁。”

Park教授小组的实验表明，这种基于FGT的磁存储设备具有很高的能源效率。特别地，每施加的电流密度所测得的SOT幅度比先前针对SOT-MRAM的其他候选材料所报告的值大两个数量级。

“用小电流控制磁态对于下一代节能设备至关重要。与当今的电子存储器相比，这些设备将能够存储更多的数据并实现更快的数据访问，同时消耗的能源更少。”朴教授团队的组长张凯旋，对研究相关量子物理学在自旋电子器件中的应用感兴趣。

“我们的发现为使用二维分层磁性材料的电调制和自旋电子学应用开辟了一条引人入胜的途径，”李教授说。