Um grupo de pesquisa da Universidade de Tohoku revelou junções de túnel magnético ultrapequenas (MTJs) em escala nanométrica de um dígito que têm propriedades de retenção suficientes e ainda podem ser comutadas por uma corrente.

A memória de acesso aleatório magnetoresistiva de torque de transferência de spin (STT-MRAM) foi intensamente desenvolvida nos últimos anos e a comercialização está prevista para 2018. STT-MRAM é capaz de substituir a memória de trabalho baseada em semicondutor existente devido às suas excelentes capacidades em termos de operação velocidade e resistência de leitura / gravação. Além disso, é não volátil, ou seja, nenhuma fonte de alimentação é necessária para reter as informações armazenadas, tornando-o indispensável para futuros circuitos integrados de potência ultrabaixa.

Os MTJs são o coração do STT-MRAM. Para continuar a jornada para aumentar o desempenho e a capacidade do STT-MRAM, era essencial tornar o MTJ menor, ao mesmo tempo em que mantém as capacidades de retenção de informações e comutação por meio de uma pequena corrente. MTJs baseados em CoFeB / MgO desenvolvidos pelo mesmo grupo em 2010, que usou anisotropia interfacial na interface CoFeB / MgO, pavimentou o caminho para a geração de 20 nm. Contudo, abaixo de 20 nm, as propriedades desejáveis ​​de retenção e comutação não poderiam ter sido realizadas simultaneamente. Portanto, outra abordagem era necessária.

O grupo de pesquisa da Universidade de Tohoku usou uma "anisotropia de forma" que não tinha sido usada de forma eficaz em dispositivos adequados para integração, e desenvolveu MTJs ultrapequenos até menos de 10 nm, ou uma escala nanométrica de um dígito.

O MTJ de anisotropia de forma tem uma camada magnética em forma de pilar pela qual a direção normal do filme torna-se um eixo magnético fácil (Fig. 1 (a)). Isso está em contraste com os MTJs de anisotropia interfacial, que foram alcançados pela redução da espessura da camada magnética (Fig. 1 (b)). O menor diâmetro de MTJ estudado foi de 3,8 nm, que é uma escala sem precedentes baseada em esforços de pesquisa anteriores.

Propriedades de retenção suficientemente altas, representado por fatores de estabilidade térmica, foram obtidos (Fig. 2); o valor obtido de mais de 80 nunca havia sido alcançado pelo esquema convencional. Além disso, a comutação de magnetização induzida por corrente é observada para os MTJs de "anisotropia de forma" com vários diâmetros, incluindo dispositivos abaixo de 10 nm (Fig. 3).

O MTJ desenvolvido pode funcionar com gerações de futuras tecnologias de semicondutores. O MTJ de nanômetro de um dígito corresponde a mais de 100 gigabits de capacidade, que é cerca de 100 vezes maior do que a atual tecnologia de memória de trabalho.