Peneliti memecahkan rekor kecepatan memori magnetik
Semiconductor

Peneliti memecahkan rekor kecepatan memori magnetik


Gambar mikroskop dari struktur yang digunakan untuk memulai sakelar magnetisasi. Kredit: K. Jhuria

Perangkat spintronik adalah alternatif yang menarik untuk chip komputer konvensional, menyediakan penyimpanan informasi digital yang sangat hemat energi dan juga relatif mudah untuk diproduksi dalam skala besar. Namun, perangkat ini, yang mengandalkan memori magnetis, masih terhalang oleh kecepatannya yang relatif lambat, dibandingkan dengan chip elektronik konvensional.

Dalam makalah yang diterbitkan di jurnal Nature Electronics, tim peneliti internasional telah melaporkan teknik baru untuk peralihan magnetisasi — proses yang digunakan untuk “menulis” informasi ke dalam memori magnetik — yang hampir 100 kali lebih cepat daripada perangkat spintronik canggih. Kemajuan dapat mengarah pada pengembangan memori magnetis ultrafast untuk chip komputer yang akan menyimpan data bahkan ketika tidak ada daya.

Dalam studi tersebut, para peneliti melaporkan menggunakan pulsa listrik 6-picosecond yang sangat pendek untuk mengalihkan magnetisasi film tipis dalam perangkat magnet dengan efisiensi energi yang tinggi. Pikodetik adalah sepersekian triliun detik.

Penelitian ini dipimpin oleh Jon Gorchon, seorang peneliti di Pusat Penelitian Ilmiah Nasional Prancis (CNRS) yang bekerja di Universitas Lorraine L’Institut Jean Lamour di Prancis, bekerja sama dengan Jeffrey Bokor, profesor teknik listrik dan ilmu komputer di University of California, Berkeley, dan Richard Wilson, asisten profesor teknik mesin dan ilmu dan teknik material di UC Riverside. Proyek ini dimulai di UC Berkeley ketika Gorchon dan Wilson menjadi peneliti postdoctoral di lab Bokor.

Dalam chip komputer konvensional, 0s dan 1s dari data biner disimpan sebagai status “on” atau “off” dari masing-masing transistor silikon. Dalam memori magnetik, informasi yang sama ini dapat disimpan sebagai polaritas berlawanan dari magnetisasi, yang biasanya dianggap sebagai status “naik” atau “turun”. Memori magnetik ini adalah dasar dari memori hard drive magnetik, teknologi yang digunakan untuk menyimpan data dalam jumlah besar di cloud.

Fitur utama dari memori magnetis adalah bahwa datanya “non-volatile”, yang berarti bahwa informasi dipertahankan bahkan ketika tidak ada daya listrik yang diterapkan.

“Mengintegrasikan memori magnetik langsung ke chip komputer telah menjadi tujuan yang lama dicari,” kata Gorchon. “Ini akan memungkinkan data lokal pada chip disimpan saat daya dimatikan, dan ini akan memungkinkan informasi diakses jauh lebih cepat daripada menariknya dari drive disk jauh.”

Potensi perangkat magnet untuk integrasi dengan elektronik sedang dieksplorasi di bidang spintronik, di mana perangkat magnet kecil dikendalikan oleh sirkuit elektronik konvensional, semuanya pada chip yang sama.

Peneliti memecahkan rekor kecepatan memori magnetik

Skema desain eksperimental yang digunakan untuk membuat sakelar magnetisasi ultrafast. Dalam percobaan, pompa optik diarahkan ke sakelar fotokonduktif, yang mengubah cahaya menjadi pulsa listrik 6 pikodetik. Struktur memandu pulsa ini menuju magnet. Ketika pulsa mencapai magnet, mereka memicu sakelar magnetisasi. Kredit: Jon Gorchon

Spintronik canggih dibuat dengan apa yang disebut perangkat torsi spin-orbit. Dalam perangkat seperti itu, area kecil dari film magnetik (bit magnetik) disimpan di atas kawat logam. Arus yang mengalir melalui kawat menyebabkan aliran elektron dengan momen magnet, yang juga disebut putaran. Itu, pada gilirannya, menggunakan torsi magnet — disebut torsi spin-orbit — pada bit magnet. Torsi spin-orbit kemudian dapat mengubah polaritas bit magnetik.

Perangkat torsi spin-orbit canggih yang dikembangkan sejauh ini membutuhkan pulsa arus setidaknya satu nanodetik, atau sepersejuta detik, untuk mengalihkan bit magnetis, sementara transistor dalam chip komputer canggih beralih hanya dalam 1 hingga 2 pikodetik. Hal ini menyebabkan kecepatan rangkaian keseluruhan dibatasi oleh kecepatan switching magnetik yang lambat.

Dalam studi ini, para peneliti meluncurkan pulsa arus listrik selebar 6 pikodetik di sepanjang saluran transmisi menjadi bit magnetik berbasis kobalt. Magnetisasi bit kobalt kemudian didemonstrasikan agar dapat dialihkan secara andal oleh mekanisme torsi spin-orbit.

Sementara pemanasan oleh arus listrik merupakan masalah yang melemahkan di sebagian besar perangkat modern, para peneliti mencatat bahwa, dalam percobaan ini, pemanasan ultrafast membantu pembalikan magnetisasi.

“Magnet bereaksi berbeda terhadap pemanasan pada skala waktu panjang versus pendek,” kata Wilson. “Saat pemanasan secepat ini, hanya sejumlah kecil yang dapat mengubah sifat magnet untuk membantu membalikkan arah magnet.”

Memang, perkiraan penggunaan energi awal sangat menjanjikan; energi yang dibutuhkan dalam perangkat torsi spin-orbit “sangat cepat” ini hampir dua kali lipat lebih kecil daripada perangkat spintronik konvensional yang beroperasi pada skala waktu yang lebih lama.

“Efisiensi energi yang tinggi dari novel ini, proses peralihan magnetis sangat cepat adalah kejutan yang besar dan sangat disambut baik,” kata Bokor. “Perangkat spintronik berkecepatan tinggi dan berenergi rendah seperti itu berpotensi mengatasi batasan kinerja sistem memori tingkat prosesor saat ini, dan itu juga dapat digunakan untuk aplikasi logika.”

Metode eksperimental yang digunakan oleh para peneliti juga menawarkan cara baru untuk memicu dan menyelidiki fenomena spintronik pada skala waktu sangat cepat, yang dapat membantu lebih memahami fisika yang mendasari yang berperan dalam fenomena seperti torsi spin-orbit.


Peneliti menemukan solusi potensial untuk ponsel yang terlalu panas


Informasi lebih lanjut:
Kaushalya Jhuria dkk. Peralihan torsi spin-orbit dari ferromagnet dengan pulsa listrik pikodetik, Nature Electronics (2020). DOI: 10.1038 / s41928-020-00488-3

Disediakan oleh University of California – Berkeley

Kutipan: Peneliti memecahkan rekor kecepatan memori magnetik (2020, 28 Oktober) diambil 27 November 2020 dari https://techxplore.com/news/2020-10-magnetic-memory.html

Dokumen ini memiliki hak cipta. Selain dari transaksi yang adil untuk tujuan studi atau penelitian pribadi, tidak ada bagian yang boleh direproduksi tanpa izin tertulis. Konten disediakan untuk tujuan informasi saja.


Halaman Ini Di Persembahkan Oleh : http://54.248.59.145/