纳米级结构可以产生更高性能的计算机存储器

时间：2021-09-22 09:25:04 来源：

由UCLA研究人员开发的新的结构的例证更节能的计算机芯片。由于结构的不对称，箭头表示有效磁场。

UCLA研究人员为计算机芯片创造了纳米级结构，可以在计算机中产生更高的性能存储器，移动电子产品，如智能手机和平板电脑，以及大数据的大型计算系统。

UCLA的研究人员为计算机存储芯片创建了一种纳米级磁性部件，可以显着提高其能量效率和可扩展性。

该设计带来了一种新的和高度追捧的磁记忆类型，一步更接近计算机，移动电子产品如智能手机和平板电脑，以及大数据的大型计算系统。创新的不对称结构使其能够更好地利用电子的旋转和轨道特性，使得功率高于当今计算机内存。

“这项工作可能会为工程新的纳米电子设备和系统提供一种强大的方法，”UCLA Henry Samueli工程学院电气工程学院雷斯龙教授康旺斯说，研究的主要调查员。“与我们的团队研究的相关类型的磁性设备配合，它代表了实现更高的性能记忆和未来瞬间和节能绿色电子系统的巨大机会。”

该研究于5月11日在自然纳米技术上发表。

通过使用电子的旋转而不是其充电，使用基于旋转基的电子设备或“闪光灯”的设备比传统电子设备更少消耗。通过使用电子的旋转和轨道特性，闪光灯中的热门研究领域正在减少对电流的需求，也称为“自旋轨道扭矩”。

基于闪光灯的计算机芯片使用磁性材料来提高功率效率。当电流“切换”相邻磁性材料的极性时，触发允许写入计算机存储器或计算函数的过程。在现有的自旋轨道扭矩装置中，该过程通常需要相邻的磁场来完全完成开关。

在UCLA下设计的结构消除了对相邻磁场的需求。研究人员通过仅仅通过几个原子改变结构的角度，在类似于奶酪楔形的形状，在一端较厚并且在另一端向下倾斜到较薄的边缘，通过改变结构的角度来创造有效的磁场。虽然两端之间的高度差异仅为几十纳米 - 或者几亿分钟 - 在每个设备的长度上，但是新配置产生了重要的额外旋转轨道扭矩，这可能会使用百分之一当今消费电子产品中芯片使用的能量。

研究人员在几个实验中观察到无磁场切换效果，但是允许不对称几何形状改善磁力切换的机构仍在进行调查。

“这是一个有前途的第一步，提供了一种工程新的旋转轨道扭矩存储器单元的潜在途径，同时还提供了新的洞察力，即在其物理学中提供了新的见解，”该研究的共同主体调查员和电气工程助理辅助教授的助理辅助教授。“需要进一步的工作来开发更详细的对新观察的显微镜理解，并进一步评估其应用和缩放潜力。”

该研究的潜在作者是国强院，博士后学者，以及电气工程中的研究生，以及研究生。其他作者包括Yaroslav Tserkovnyak，UCLA物理学和天文学教授;电气工程和物理学和天文学的UCLA研究人员;浙江大学杭州大学研究人员。

该研究得到了国防高级研究项目代理的非易失性逻辑计划的支持;部分由两个UCLA工程研究中心，纳米级多体式系统（由国家科学基金会资助的）和功能加速纳米材料工程中心（由DARPA和半导体研究公司提供资金）。此外，Upadhyaya和另一个共同作者收到了高通公司创新奖学金的支持。王也是加州纳米系统研究所的成员。

出版物：Guoqiang Yu等，“通过外部磁场的缺失，”通过外部磁场的旋转轨道转换垂直磁化，“自然纳米技术，2014; DOI：10.1038 / nnano.2014.94

研究报告的PDF副本：在没有外部磁场的情况下通过旋转轨道转矩切换垂直磁化

图像：UCLA工程

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