將自旋翻轉速度推向極限
- 上線日期：2008/9/12 上午 12:00:00
- 資料來源：奈米科學網http://nano.nchc.org.tw/
德國研究人員研發出一種發方法，能利用自旋極化(spin-polarized)電子流快速改變磁性資料位元的值。他們宣稱這項技術很快就可以用來生產操作速度與儲存密度都可媲美傳統記憶體晶片的磁性隨機存取記憶體(MRAM)，不過MRAM還多了一個好處：切掉電源後，仍能保存資料，因此可以用來製造節能的電子元件。
傳統的記憶體晶片不論是DRAM或SRAM都是以電荷的形式，將資料位元儲存在微型電容中，一旦切掉電源資料便不保，因此每回開機都得由硬碟將資料載入記憶體中，還要花能量來維持住資料。相形之下，MRAM是將資料位元儲存在磁性材料構成的微小奈米柱(nanopillar)中，切掉電源資料還在，提供一個不需要持續供電且能快速記憶的替代方法。
大部分的MRAM使用一個微小磁性線圈來改變奈米柱的磁化方向，相當於使位元在0與1之間切換。不過，要讓線圈小到足以使MRAM晶片上的位元密度與DRAM與SRAM同高，並非易事。對策之一是捨棄線圈，而讓自旋極化電子流脈衝通過奈米柱，來進行磁矩的翻轉。由於這些電子的自旋多指向同一方向，它們會對奈米柱的磁矩施加一「自旋力矩」(spin-torque)，使其翻轉。
然而，在目前的自旋力矩MRAM原型中，上述過程太慢了，原因是磁矩要振盪約10 ns才能穩定指向新方向，差不多是應用上所能容忍的10倍長，而理論上翻轉磁矩大約只需1 ns秒。。
最近，Hans Werner Schumacher與他在PTB標準實驗室及Bielefeld大學的同事證實，藉由控制脈衝的形狀與長度並外加上一個固定小磁場，可以在1 ns內翻轉奈米柱的磁矩。Schumacher指出，外加磁場的作用是將磁矩置於容易翻轉的位置。
這個團隊在實驗中使用的是市售的原型自旋力矩MRAM。雖然他們採用外加線圈來產生磁場，但Schumacher相信如果仔細設計記憶單元的形狀，應可在每個奈米柱附近產生相似的磁場。這項技術預計在2010年可以進入商業化。詳見Phys. Rev. Lett. 101 087201 (2008)。
原始網站: http://nanotechweb.org/cws/article/tech/35476
譯者:孫士傑(高雄大學應用物理系)
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