Временно съхранение благодарение на платинения слой

Прототипът на новия чип с памет се състои от тънък слой хромов оксид за съхранение, върху който е нанесен ултратънък платинен слой за четене.

Компютърът не може да функционира без основна памет. Електрическите чипове с памет, които са често срещани днес, имат високи енергийни нужди. Изследователи от Дрезден и Базел вече са поставили основите на нова концепция за чипове с памет: Те поставят основната памет на енергийна диета.

Чисто електрическите чипове с памет, които се използват в момента, са нестабилни спомени. Те трябва непрекъснато да подновяват състоянието си, което според Тобиас Косуб, първият автор на изследването и докторант в Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR), изисква много енергия. Центровете за данни, наред с други неща, ще усетят последствията. С увеличаване на производителността, нарастват и сметките ви за електроенергия и чиповете се нагряват все повече поради енергийните им нужди. Центровете за данни затрудняват разсейването на топлината. За да се справят с проблема, някои облачни оператори стигат дори дотам, че създават своите компютърни ферми в студени региони.

Но има алтернатива на електрическите чипове с памет: MRAM (магниторезистивна памет с произволен достъп) съхраняват данните си магнетично и следователно не е необходимо да се обновяват постоянно. За записване на данните в паметта обаче са необходими относително големи токове. Високите токове обаче свеждат до минимум надеждността. „Ако има неизправности в процеса на писане или четене, те заплашват да се износят твърде бързо и да се счупят“, обяснява Косуб, обяснявайки друг риск от MRAM.

Електрическо напрежение вместо електричество

Професионалният свят работи по алтернативи MRAM от известно време. Клас материали, наречени магнитоелектрични антиферомагнетици, изглежда особено обещаващ. Вместо електричество, те се активират от електрическо напрежение. Според д-р Денис Макаров, ръководител на групата на HZDR, не може просто да контролира материалите. „Трудно е да се напишат данни за тях и да се прочетат отново“, обяснява Макаров. Досега се предполагаше, че магнитоелектричните антиферомагнетици могат да се отчитат само косвено чрез феромагнетици, което отрича много от предимствата. Така че целта е да се създаде чисто антиферомагнитна магнитоелектрическа памет (AF-MERAM).

Точно това са постигнали сега изследователските екипи от Дрезден и Базел. Те разработиха прототип AF-MERAM, основан на тънък слой от хром оксид. Той е монтиран между два тънки на нанометра електроди. Ако към слоя се приложи напрежение, хромният оксид се „преобръща“ в различно магнитно състояние - битът се записва. Достатъчно е напрежение от няколко волта. „В сравнение с други концепции успяхме да намалим напрежението с коефициент 50“, обяснява Косуб. „Това ни позволява да пишем малко, без компонентът да консумира много енергия и да се нагрява.“ Особено предизвикателство беше възможността да се прочете записаният бит.

За да направят това, физиците са нанесли фин нанометров слой платина върху хромовия оксид. Платината позволява четене чрез специален електрически феномен - аномалният ефект на Хол. Действителният сигнал е много малък и се наслагва от смущаващи сигнали. Но изследователите успяха да разработят метод, който потиска гръмотевичните бури на смущаващите сигнали и позволява достъп до полезния сигнал.

„Досега материалът е работил при стайна температура, но само в малък прозорец“, обяснява Косуб. Но обхватът трябва да бъде значително разширен чрез специално промяна на хромовия оксид. Важен принос за това имат колегите от Швейцарския институт по нанонауки и Катедрата по физика в университета в Базел. Разработили сте нов метод, с който магнитните свойства на хромовия оксид могат да бъдат нанесени за първи път върху наномащаба. Експертите също искат да интегрират няколко елемента памет в един чип. Досега е реализиран само един елемент, с който може да бъде запазен само един бит. Следващата стъпка - и важна в едно възможно приложение - е да се изгради масив от няколко елемента. „По принцип подобни чипове с памет могат да бъдат произведени по обичайните процеси на производителите на компютри“, казва Макаров. Следователно процесът представлява и голям интерес за промишлеността.