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通过自旋电子随机存取存储器来深入研究自旋

(文章滥觞:量子认知)

我们许多人都知道,随机存取存储器(Random Access Memory,缩写:RAM;也叫主存)是与电脑的中央处置惩罚器直接互换数据的内部存储器。它可以随时读写,而且速率很快,平日作为操作系统或其他正在运行中的法度榜样的临时数据存储介质。

与传统的RAM存储器不合,磁性随机存取存储器(Magnetoresistive Random Access Memory,缩写为MRAM)中的数据不作为电荷或电流流动存储,而是由磁存储元件存储。 这些元件由两个铁磁性板形成,每个铁磁板可以维持由薄的绝缘层分开的磁化。两个板之一是设置为特定极性的永磁体;另一个板的磁化可以改变以匹配外部磁场的磁化来存储存储器。 这种设置设置设备摆设摆设被称为磁性地道结,是磁性随机存取存储器位的最简单的布局。存储设备由这样的“单元”的网格构建。

东京工业大年夜学(Tokyo Tech)的科学家近来新研发的一种新的材料组合,是基于电子的固有特点自旋的磁性随机存取存储器。这项立异可能会赛过当前的存储设备。他们的冲破颁发在一项新的钻研中,描述了一种使用拓扑材猜中与自旋相关的征象的新策略,并且可以匆匆进自旋电子学领域的成长。此外,这项钻研为自旋相关征象的潜在机制供给了更多的看法。

自旋电子学是今世技巧领域,此中电子的自旋或角动量起主要感化。实际上,集体自旋排列是磁性材料具有稀罕特点的缘故原由,磁性材料平日用于今世电子产品中。钻研职员不停在考试测验操纵某些材猜中与自旋相关的特点,分外是对付非易掉性存储器。磁性非易掉性存储器(MRAM)在功耗和速率方面将跨越当前的半导体存储技巧。

钻研职员近来在《利用物理学》杂志上颁发了有关单向自旋霍尔磁阻(USMR)的钻研,该征象与自旋有关,可用于开宣布局简单的具有单向自旋霍尔效应的磁性非易掉性存储器。自旋霍尔效应导致电子在材料的侧面以必然的自旋积累。自旋霍尔效应在被称为拓扑绝缘体的材猜平分外强大年夜,经由过程将拓扑绝缘体与铁磁半导体相结合,可以孕育发生伟大年夜的自旋霍尔磁阻。

这样的材料组合经由过程支持读取和写入操作充当存储单元。拓扑绝缘体材料的自旋注入会逆转铁磁材料的磁化,表示“写入”操作。此外,自旋注入还可以改变材料的整体电阻,该电阻可以经由过程代表“读取”操作的外部电路进行检测。

当具有相同自旋的电子积聚在两种材料之间的界面上时,因为自旋霍尔效应,自旋可以注入铁磁层并翻转其磁化强度,从而容许进行存储器写操作,这意味着存储设备中的数据可以重写。同时,因为自旋霍尔磁阻效应,复合布局的电阻随磁化偏向变更。可以应用外部电路来丈量电阻,从而容许进行存储器读取操作,可以应用与写入操作相同的电流路径来读取数据。

这项钻研将可能在自旋电子学的成长中起紧张感化,将有利于深入钻研强大年夜的电子自旋征象。传统的磁性非易掉性存储器布局必要大年夜约30个超薄层,这对制造异常具有寻衅性。经由过程应用自旋霍尔磁阻进行读出操作,存储单元仅必要两层。 经由过程前进自旋霍尔磁阻比率,这对付基于自旋霍尔磁阻的磁性非易掉性存储用具有极其简单的布局和快速读取至关紧张。

(责任编辑:fqj)

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