p z No Departamento de Materiais da ETH em Zurique, Pietro Gambardella e seus colaboradores investigam dispositivos de memória prospectivos. Eles devem ser rápidos, retém dados de forma confiável por um longo tempo e também é barato. A chamada RAM magnética (MRAM) atinge essa quadratura do círculo combinando a comutação rápida por meio de correntes elétricas com armazenamento de dados durável em materiais magnéticos. p Alguns anos atrás, pesquisadores mostraram que um certo efeito físico, o torque rotação-órbita, torna o armazenamento de dados particularmente rápido possível. Agora, O grupo de Gambardella e o IMEC na Bélgica resolveram temporariamente a dinâmica exata de um único evento de armazenamento - e usaram alguns truques para torná-lo ainda mais rápido.

p Magnetização com giros únicos

p Armazenar dados magneticamente requer a inversão da direção da magnetização de um ferromagnético (isto é, material permanentemente magnético), a fim de representar a informação como um valor lógico, zero ou um. Em tecnologias mais antigas, como fitas magnéticas ou discos rígidos, isso foi conseguido por meio de campos magnéticos produzidos dentro de bobinas condutoras de corrente. Tecnologia MRAM moderna, por contraste, usa diretamente os spins dos elétrons, que fluem diretamente através de uma camada magnética como uma corrente elétrica. Nos experimentos de Gambardella, elétrons com direções de spin opostas são separados espacialmente pela interação spin-órbita. Esse, por sua vez, cria um campo magnético eficaz, que pode ser usado para inverter a direção da magnetização de um minúsculo ponto de metal.

p "Sabemos por experiências anteriores em que escaneamos estroboscopicamente um único ponto de metal magnético com raios-X que a reversão da magnetização acontece muito rapidamente, em cerca de um nanossegundo, "diz Eva Grimaldi, um pós-doutorado no grupo de Gambardella. "Contudo, aqueles eram os valores médios calculados ao longo de muitos eventos de reversão. Agora, queríamos saber exatamente como um único evento desse tipo ocorre e mostrar que ele pode funcionar em um dispositivo de memória magnética compatível com a indústria. "

p Resolução de tempo através de uma junção de túnel

p Para fazer isso, os pesquisadores substituíram o ponto de metal isolado por uma junção de túnel magnético. Essa junção de túnel contém duas camadas magnéticas separadas por uma camada de isolamento com apenas um nanômetro de espessura. Dependendo da direção de rotação - ao longo da magnetização das camadas magnéticas, ou oposta a ela - os elétrons podem criar um túnel através dessa camada isolante com mais ou menos facilidade. Isso resulta em uma resistência elétrica que depende do alinhamento da magnetização em uma camada em relação à outra e, portanto, representa zero e um. A partir da dependência do tempo dessa resistência durante um evento de reversão, os pesquisadores puderam reconstruir a dinâmica exata do processo. Em particular, eles descobriram que a reversão da magnetização acontece em dois estágios:um estágio de incubação, durante o qual a magnetização permanece constante, e o estágio de reversão real, que dura menos de um nanossegundo.

p Pequenas flutuações

p "Para um dispositivo de memória rápido e confiável, é essencial que as flutuações de tempo entre os eventos de reversão individuais sejam minimizadas, "explica Viola Krizakova, estudante de Ph.D. de Gambardella. Então, com base em seus dados, os cientistas desenvolveram uma estratégia para fazer com que essas flutuações fossem as menores possíveis. Para esse fim, eles mudaram os pulsos de corrente usados ​​para controlar a reversão da magnetização de forma a introduzir dois fenômenos físicos adicionais. O chamado torque de transferência de rotação, bem como um pulso de voltagem curto durante o estágio de reversão, resultou em uma redução do tempo total para o evento de reversão para menos de 0,3 nanossegundos, com flutuações temporais de menos de 0,2 nanossegundos.

p Tecnologia pronta para aplicativos

p "Juntando tudo isso, encontramos um método pelo qual os dados podem ser armazenados em junções de túnel magnético virtualmente sem qualquer erro e em menos de um nanossegundo, "diz Gambardella. Além disso, a colaboração com o centro de pesquisa IMEC tornou possível testar a nova tecnologia diretamente em um wafer compatível com a indústria. Kevin Garello, um ex-pós-doutorado do laboratório de Gambardella, produziu os chips contendo os contatos do túnel para os experimentos na ETH e otimizou os materiais para eles. Em princípio, a tecnologia iria, Portanto, estar imediatamente pronto para uso em uma nova geração de MRAM.

p Gambardella enfatiza que a memória MRAM é particularmente interessante porque, ao contrário de SRAM ou DRAM convencional, não perde informações quando o computador é desligado; ao mesmo tempo, é tão rápido quanto essas tecnologias. Contudo, ele admite que o mercado de memória MRAM atualmente não exige velocidades de gravação tão altas, uma vez que outros gargalos técnicos, como perdas de energia causadas por grandes correntes de comutação, limitam os tempos de acesso. Enquanto isso, ele e seus colegas de trabalho já estão planejando melhorias adicionais; eles querem encolher as junções do túnel e usar diferentes materiais que usam a corrente de forma mais eficiente.