Crédito:Pohang University of Science &Technology (POSTECH)
Pesquisadores da Pohang University of Science and Technology (POSTECH) e da Seoul National University, na Coréia do Sul, demonstraram uma nova maneira de aumentar a eficiência energética de um dispositivo de memória magnética não volátil chamado SOT-MRAM. Publicado em Materiais avançados , essa descoberta abre uma nova janela de oportunidades interessantes para futuras memórias magnéticas com eficiência energética baseadas na spintrônica.
Em computadores modernos, a memória de acesso aleatório (RAM) é usada para armazenar informações. O SOT-MRAM (spin-orbit torque magnético RAM) é um dos principais candidatos para as tecnologias de memória de próxima geração que visam superar o desempenho de vários RAMs existentes. O SOT-MRAM pode operar mais rápido do que a RAM mais rápida existente (SRAM) e manter as informações mesmo após o fornecimento de energia elétrica ser desligado, ao passo que todos os RAMs rápidos existentes hoje perdem informações assim que o fornecimento de energia é desligado. O nível atual da tecnologia SOT-MRAM não chega a ser satisfatório, Contudo, devido à sua alta demanda de energia; requer grande suprimento de energia (ou grande corrente) para escrever informações. Reduzir a demanda de energia e aumentar a eficiência energética é um problema importante para o SOT-MRAM.
No SOT-MRAM, As direções de magnetização de pequenos ímãs armazenam informações e quantidades de escrita para mudar as direções de magnetização para as direções desejadas. A mudança da direção da magnetização é obtida por um fenômeno físico especial denominado SOT, que modifica a direção da magnetização quando uma corrente é aplicada. Para aumentar a eficiência energética, ímãs macios são a escolha de material ideal para os pequenos ímãs, uma vez que suas direções de magnetização podem ser facilmente alternadas por uma pequena corrente. Os ímãs macios são uma escolha ruim para o armazenamento seguro de informações, uma vez que sua direção de magnetização pode ser alterada mesmo quando não intencionada - devido ao ruído térmico ou outro ruído. Por esta razão, a maioria das tentativas de construir o SOT-MRAM adota ímãs rígidos, porque eles magnetizam muito fortemente e sua direção de magnetização não é facilmente alterada pelo ruído. Mas essa escolha de material inevitavelmente torna a eficiência energética do SOT-MRAM pobre.
Representação esquemática do protótipo de memória não volátil baseada em Fe3GeTe2. Fe3GeTe2 é um ferromagneto, onde seus giros (pequenas setas brancas) se alinham na mesma direção. A orientação dos spins define 1 ou 0 bits binários. a) Estado inicial, onde a informação 0 é registrada. b) Para escrever novas informações, uma pequena corrente (seta laranja) é aplicada, que muda o material de um ímã rígido para um ímã macio para que as informações armazenadas possam ser facilmente modificadas (digamos, de 0 a 1). c) Uma vez que a corrente é desligada, o material muda de volta para um ímã rígido, e a informação 1 escrita no estágio b) pode ser mantida por um longo tempo sem qualquer fonte de alimentação externa, tornando-se uma memória não volátil. Crédito:POSTECH &SNU
Uma equipe de pesquisa conjunta liderada pelo Professor Hyun-Woo Lee no Departamento de Física da POSTECH e pelo Professor Je-Geun Park no Departamento de Física da Universidade Nacional de Seul (ex-diretor associado do Centro de Sistemas Eletrônicos Correlacionados do Instituto de Ciências Básicas na Coreia), demonstrou uma maneira de aumentar a eficiência energética sem sacrificar a demanda por armazenamento seguro. Eles relataram que telureto de germânio de ferro ultrafino (Fe 3 GeTe 2 , FGT) - um material ferromagnético com simetria geométrica especial e propriedades quânticas - muda de um ímã rígido para um ímã macio quando uma pequena corrente é aplicada. Assim, quando a redação de informações não é pretendida, o material continua sendo um ímã rígido, o que é bom para o armazenamento seguro, e apenas quando se pretende escrever, o material muda para um ímã macio, permitindo maior eficiência energética.
"Propriedades intrigantes de materiais em camadas nunca param de me surpreender:a corrente através de FGT induz um tipo altamente incomum de torque de rotação-órbita (SOT), que modifica o perfil de energia deste material para mudá-lo de um ímã rígido para um ímã macio. Isso está em claro contraste com o SOT produzido por outros materiais, que pode mudar a direção da magnetização, mas não pode mudar um ímã rígido para um ímã macio, "explica o professor Lee.
Experimentos do grupo do professor Park revelaram que este dispositivo de memória magnética baseado em FGT é altamente eficiente em termos de energia. Em particular, a magnitude medida de SOT por densidade de corrente aplicada é duas ordens de magnitude maior do que os valores relatados anteriormente para outros materiais candidatos para o SOT-MRAM.
O protótipo construído com o metal ferromagnético Fe3GeTe2 (FGT, vermelho) tem um SOT gigantesco cuja força do campo magnético efetivo é duas ordens de magnitude maior do que outros protótipos SOT-MRAM. Os pesquisadores mediram a força do campo magnético efetiva devido ao SOT em cerca de 50 Oersted para uma pequena densidade de corrente de 1 mA / μm2. Os materiais ferromagnéticos alinham seus spins na mesma direção abaixo da temperatura de Curie (Tc). Crédito:POSTECH &SNU
"Controlar os estados magnéticos com uma pequena corrente é essencial para a próxima geração de dispositivos com eficiência energética. Eles serão capazes de armazenar maiores quantidades de dados e permitir um acesso mais rápido aos dados do que as memórias eletrônicas de hoje, enquanto consome menos energia, "observa o Dr. Kaixuan Zhang, que é líder da equipe do grupo do Professor Park, interessado em estudar a aplicação da física quântica correlacionada em dispositivos spintrônicos.
"Nossas descobertas abrem um caminho fascinante de modulação elétrica e aplicações spintrônicas usando materiais magnéticos em camadas 2-D, "fechou o professor Lee.
