Группа исследователей из Франции и России разработала ячейку магнитоэлектрической памяти с произвольным доступом (MELRAM), которая может повысить энергоэффективность и тем самым уменьшить потери тепла на несколько порядков для операций чтения при комнатной температуре. Исследование может помочь в производстве таких устройств, как ноутбуки с мгновенным запуском, флэш-накопители с практически нулевым потреблением энергии и центры хранения данных, для которых требуется гораздо меньше кондиционирования воздуха. На этой неделе исследовательская группа сообщила о своих выводах в журнале Applied Physics Letters от AIP Publishing.Миллиарды транзисторов теперь могут быть выгравированы на одиночных микросхемах в пространстве размером с десять центов, но в какой-то момент увеличить это число для еще более высокой производительности, используя то же пространство, будет невозможно.
Сама плотность этих наноскопических транзисторов приводит к увеличению нежелательного тепла наряду с взаимодействиями на квантовом уровне, которые теперь необходимо решить.За последние несколько лет активизировались исследования магнитных свойств электронов в явлении, называемом магнитоэлектрическим эффектом. Этот эффект, часто представляющий интерес в области исследований, известной как спинтроника, использует спин электрона, а не его заряд.
Спинами потенциально можно манипулировать в меньших масштабах, используя гораздо меньше энергии.Большинство усилий было сосредоточено на уменьшении энергии операций записи в магнитную память, поскольку эти операции обычно используют больше энергии, чем операции чтения.
В 2010 году те же французские и российские исследователи показали, что сочетание магнитоупругих и пьезоэлектрических материалов в магнитоэлектрической ячейке памяти может позволить в 100 раз снизить энергию, необходимую для процесса записи. В последней статье исследователей они показывают, что тот же магнитоэлектрический принцип также может быть использован для операций чтения с очень низким энергопотреблением.
«В этой статье мы сосредоточились на операциях чтения, потому что вероятность того, что энергия записи будет очень низкой в магнитоэлектрических системах, означает, что выход энергии теперь будет выше для операций чтения», — сказал Николас Тирселин, соавтор статьи и исследования. ученый из Национального центра научных исследований (CNRS), который проводит исследования в Институте электроники, микроэлектроники и нанотехнологий в Лилле, Франция.Ядро ячейки памяти MELRAM, созданной исследователями, основано на сочетании свойств двух типов материалов путем их механического связывания.
Магнитные сплавы — один на основе комбинации тербия и кобальта, а другой на основе железа и кобальта — толщиной в несколько нанометров уложены друг на друга. Сплавы образуют магнитоупругий нанокомпозитный материал, магнитные спины которого реагируют на механическое напряжение.Затем эти сплавы помещают на пьезоэлектрическую подложку, которая состоит из релаксорных сегнетоэлектриков, экзотических материалов, которые меняют свою форму или размеры при воздействии электрического поля.
«Вместе эти материалы составляют мультиферроидные гетероструктуры, в которых управление магнитными свойствами стало возможным за счет приложения электрического напряжения», — сказал Тирселин.«Многослойный нанокомпозит обеспечивает сильное магнитоэлектрическое взаимодействие при комнатной температуре», — сказал Владимир Преображенский, другой соавтор статьи и научный руководитель Центра волновых исследований Института общей физики им.
Прохорова РАН в Москве. «Это взаимодействие является основным механизмом управления магнитными состояниями с помощью электрического поля. Эта особенность магнитоэлектрической памяти является источником ее сверхнизкого энергопотребления».