В течение нескольких десятилетий ученые пытались
разработать эффективную магнитную память с произвольным доступом (magnetic
random access memory, MRAM), в которой информация хранится в виде направления
намагниченности частички магнитного материала. Так как намагниченность
материала может быть изменена с очень большой скоростью, такой тип памяти
рассматривается в качестве замены полупроводниковой статической памяти (SRAM) и
динамической памяти (DRAM).
Однако, при создании ячеек MRAM-памяти различного типа
ученые сталкивались с рядом достаточно сложных проблем. Исследовательская
группа из университета Тохоку (Tohoku University), возглавляемая профессором
Хидео Оно (Hideo Ohno) и адъюнкт-профессором Сюнсукэ Фуками (Shunsuke Fukami),
разработала структуру ячеек нового типа магнитной памяти, основанных на эффекте
индуцированного спин-орбитального момента (spin-orbit-torque, SOT), который
обеспечивает быстрое переключение намагниченности ячейки.
Технология индуцированного SOT-переключения
намагниченности является достаточно новой технологией, которая лишь в последнее
время была изучена достаточно хорошо. Переключение намагниченности ячейки
памяти производится путем воздействия протекающего через ячейку электрического
тока на орбиты вращения электронов атомов материала, а само переключение может
производиться очень быстро, во временной шкале, исчисляющейся наносекундами.
В своих исследованиях группа профессора Хидео Оно
разработала ячейку памяти, структура которой достаточно кардинально отличается
от структур подобных ячеек созданных ранее, в которых использовались две
независимых схемы, переключающие направление намагниченности на параллельное и
перпендикулярное. В новой ячейке имеется не четыре, а три электрода, которые
соединяются со структурой магнитного туннельного перехода, состоящего из
различных материалов - Ta/CoFeB/MgO.
В ходе испытаний созданных образцов ячеек памяти ученые
продемонстрировали, что разработанная ими технология способна обеспечить
быстрое переключение направления намагниченности. Кроме этого, плотность
электрического тока, требующегося для переключения, мала и находится в разумных
пределах, а разница в сопротивлении ячеек с записанными в них логическими 1 и 0
достаточно велика для обеспечения надежной работы. Все вышеперечисленное делает
новые ячейки магнитной памяти весьма перспективными кандидатами на практическое
воплощение технологий MRAM-памяти, которая способна хранить информацию
длительное время при отсутствии энергии из внешнего источника.
Дальнейшие исследования процессов, протекающих в ячейках
магнитной памяти нового типа, могут стать инструментом, который позволит ученым
досконально изучить все особенности SOT-переключения направления
намагниченности, процесса, в физике которого пока еще остается множество
"белых пятен".
