由俄羅斯和法國研究人員組成的研究團隊最近將壓電材料黏合至鋱鈷合金(TbCo2)和鐵/鈷(FeCo)合金的磁彈性層,打造出一種新型的非揮發性記憶體架構,據稱可較傳統記憶體所需的讀/寫儲存能量減少1萬倍以上。

根據研究人員表示,實現這種超低功耗磁電隨機存取記憶體(MELRAM)的關鍵在於放棄巨磁阻堆疊和磁穿隧接面。當施加電場時,研究人員的展示架構取決於讀取磁子系統中編碼資訊的磁電相互作用,並透過採用壓電應力介導磁電子學的複合多鐵性異質結構而完成。

研究人員在「應力介導多鐵性記憶體單元的磁電寫入和讀取作業」(Magnetoelectric write and read operations in a stress-mediated multiferroic memory cell)一文中指出,該新架構的缺點在於讀取時破壞了記憶體狀態,因而在每次讀取後都必須再重寫入。儘管存在這個缺點,美國物理研究所(American Institute of Physics)仍在其《應用物理學快報》(Applied Physics Letters)期刊中發佈俄法研究人員的最新發現,畢竟,能達到減少10,000倍的能量,強過每次讀取後重新寫入。事實上,該論文作者宣稱,當今的記憶體系統所消耗的能量中有99%都浪費在「散熱」上。

20170824_MELRAM_NT01P1 MELRAM單元具有可變形的壓電層,能在TbCo和FeCo的磁彈性層之間切換,從而改變其磁極,以便從0切換到1,反之亦然(來源:MIPT)

更詳細地說,由於採用了非等向性的材料,當讀/寫電壓施加在記憶體單元時,壓電層隨之變形,因而根據極性設置1或0 (如圖)。而當施加讀取電流時,所產生的電壓顯示狀態是1或0,但位元狀態在讀取期間會被破壞,因而必須重新寫入。

展示晶片的所有操作均在室溫下進行。根據研究人員的說法,毫米級的展示單元甚至可以縮小到傳統RAM單元的尺寸。

20170824_MELRAM_NT01P2 傳統的DRAM單元需要10,000倍的能量才能進行存取,因為1和0都由必須被泵送至其上的電容器電荷表示(來源:MIPT)

這項研究的研究人員來自法國瓦倫西亞大學(University of Valenciennes)、莫斯科物理與技術研究所(MIPT)、莫斯科技術大學(MIRE)、俄羅斯科學院(RAS)的Kotelnikov無線工程與電子研究所(IRE),以及莫斯科功能電子、聲學和流體學關鍵和超臨界現像國際聯合實驗室。主要的研究人員包括MIPT固態物理、放射物理學和應用資訊技術部主任Sergei Nikitov,以及IRE RAS總監與成員等人。

編譯:Susan Hong

(參考原文:Magnetoelectric RAM Slashes Energy,by R. Colin Johnson)