Os computadores de hoje costumam usar até quatro tipos diferentes de tecnologia de memória, do disco rígido para os chips de memória, cada um com seus próprios pontos fortes e fracos. Uma nova tecnologia de memória pode estar prestes a perturbar este cenário, Contudo, com uma combinação única de recursos. Atende pela sigla de difícil controle STT-MRAM, que significa memória de acesso aleatório magnético de torque de transferência de rotação.

"Todas as outras tecnologias de memória são boas em algumas coisas e não tão boas em outras. As pessoas estão esperando que o STT-MRAM possa ser bom em tudo, "disse o engenheiro elétrico Holger Schmidt, o professor Kapany de optoeletrônica na UC Santa Cruz.

Como um dos 15 parceiros do programa Samsung Global MRAM Innovation, O laboratório de Schmidt está colaborando com pesquisadores da Samsung para ajudar a desenvolver essa tecnologia de memória emergente. Com sua experiência em optoeletrônica, Schmidt está usando técnicas ópticas baseadas em pulsos de laser ultracurtos para estudar protótipos de dispositivos de pré-produção da Samsung. Suas avaliações estão ajudando a empresa a otimizar seus materiais e processos de fabricação.

Nanoímãs

O STT-MRAM armazena informações nos estados magnéticos de pequenos elementos magnéticos ou "nanoímãs" com menos de 100 nanômetros de diâmetro. Ao contrário de outras tecnologias de armazenamento magnético, como discos rígidos com seus discos giratórios e cabeças magnéticas de leitura e gravação, Os dispositivos STT-MRAM não têm partes móveis porque usam corrente elétrica para ler e gravar dados. Embora as implementações atuais ainda tenham muito espaço para melhorias, a tecnologia oferece potencial para alta velocidade, alta densidade, memória com eficiência energética que não é volátil, significando que as informações armazenadas não são perdidas quando a energia é cortada.

Vários avanços importantes na física e na ciência dos materiais nos últimos 20 anos levaram ao desenvolvimento de STT-MRAM e outras tecnologias chamadas spintrônicas. Embora os dispositivos eletrônicos sejam baseados no movimento de cargas elétricas, A spintrônica explora outra propriedade dos elétrons chamada spin. Spin é um daqueles conceitos bizarros da mecânica quântica sem um equivalente direto em nosso mundo macroscópico. Basta dizer que os elétrons se comportam como se estivessem girando, produzindo um pequeno momento magnético (como uma minúscula barra de ímã com os pólos norte e sul) que pode interagir com outros elétrons e átomos em um material.

Os nanoímãs em um dispositivo STT-MRAM, chamadas de válvulas de spin ou junções de túnel magnético, têm duas camadas magnéticas separadas por uma barreira fina através da qual a corrente elétrica pode fluir. Quando os spins nas duas camadas magnéticas estão alinhados, a resistência é baixa, e se as duas camadas têm spins opostos, a resistência é alta, fornecer dois estados legíveis e comutáveis ​​para representar 0 e 1 na lógica binária dos computadores.

Transferência giratória

A capacidade de alternar o estado de uma válvula de spin com uma corrente elétrica foi uma inovação crítica. Uma corrente polarizada na qual os spins dos elétrons estão alinhados pode transferir esse estado de spin para uma das camadas magnéticas à medida que passa, um fenômeno denominado torque de transferência de rotação (STT).

Os chips STT-MRAM para aplicações de nicho estão apenas começando a chegar ao mercado, e dezenas de empresas estão trabalhando para otimizar a tecnologia para uso em eletrônicos de consumo.

De acordo com Schmidt, um dos desafios é operar os chips com o mínimo de energia possível para que não aqueçam muito. Quanta corrente é necessária para alternar um nanoímã depende do amortecimento, ou quanto tempo leva para se estabelecer em um novo estado de rotação, ele explicou. Medir parâmetros de amortecimento em uma série de nanoímãs é extremamente desafiador, mas o laboratório de Schmidt é capaz de fazer isso usando pulsos curtos de laser. Ele e seus colaboradores, liderado pelo estudante de graduação e primeiro autor Mike Jaris, relataram suas últimas descobertas em um artigo publicado em Cartas de Física Aplicada .

"Fomos capazes de extrair medições de amortecimento de dispositivos de protótipo e mostrar os efeitos do processo de fabricação nas propriedades do material dos nanoímãs, "Schmidt disse.

A colaboração com a Samsung tem sido empolgante para seu laboratório, ele disse, dando a seus alunos a oportunidade de trabalhar na vanguarda de uma tecnologia emergente. "É um tipo de memória completamente diferente, e espero vê-lo usado em mais aplicativos nos próximos anos, " ele disse.