En los últimos años han surgido numerosos tipos de memoria para dispositivos informáticos, con el objetivo de superar las limitaciones impuestas por la memoria de acceso aleatorio (RAM) tradicional. La RAM magnetorresistiva (MRAM) es un tipo de memoria que ofrece varias ventajas sobre la RAM convencional, incluida su no volatilidad, alta velocidad, mayor capacidad de almacenamiento y mayor resistencia. Aunque se han realizado mejoras significativas en los dispositivos MRAM, reducir el consumo de energía durante la escritura de datos sigue siendo un desafío importante.
Un estudio publicado recientemente ciencia avanzada Investigadores de la Universidad de Osaka han propuesto una nueva tecnología para dispositivos MRAM con escritura de datos de bajo consumo. La tecnología propuesta permite un esquema de escritura basado en campos eléctricos con menor consumo de energía que los métodos actuales basados en corriente, proporcionando potencialmente una alternativa a la RAM tradicional.
Los dispositivos de RAM dinámica (DRAM) convencionales tienen unidades de almacenamiento básicas que constan de transistores y condensadores. Sin embargo, los datos almacenados son volátiles, es decir, se requiere un aporte de energía para retener los datos. Por el contrario, MRAM utiliza estados magnéticos, como la orientación de la magnetización, para escribir y almacenar datos, lo que permite el almacenamiento de datos no volátiles.
“Dado que los dispositivos MRAM dependen de un estado magnético no volátil en lugar de un estado de carga volátil en los condensadores, son una alternativa prometedora a la DRAM en términos de su bajo consumo de energía en modo de espera”, explicó Usami Takamasa, autor principal del estudio.
Los dispositivos MRAM actuales generalmente requieren una corriente eléctrica para cambiar los vectores de magnetización de la unión del túnel magnético, similar a cambiar el estado de carga de un capacitor en un dispositivo DRAM. Sin embargo, se requiere una gran corriente eléctrica para cambiar los vectores magnéticos durante el proceso de escritura. Esto da como resultado un inevitable calentamiento por sacudidas, que a su vez consume energía.
Para solucionar el problema, los investigadores desarrollaron un nuevo material para controlar el campo eléctrico de los dispositivos MRAM. La tecnología central es una heteroestructura multiferroica con un vector de magnetización que puede conmutarse mediante un campo eléctrico. La respuesta de una heteroestructura a un campo eléctrico se caracteriza principalmente en términos del coeficiente de acoplamiento magnetoeléctrico inverso (CME); Los valores más grandes indican una respuesta magnética más fuerte.
Los investigadores informaron previamente de una heteroestructura multiferroica con un coeficiente de acoplamiento CME superior a 10.-5 s/m Sin embargo, las fluctuaciones estructurales en algunas partes de la capa ferromagnética (Co2FeSi) dificulta el funcionamiento confiable del campo eléctrico, lo que dificulta lograr la anisotropía magnética deseada. Para mejorar la estabilidad de esta configuración, los investigadores desarrollaron una nueva tecnología para insertar una capa ultrafina de vanadio entre las capas ferromagnética y piezoeléctrica. Se logró una interfaz limpia insertando una capa de vanadio, lo que resultó en un control confiable de la anisotropía magnética en Co.2Capa de FeSi. Además, el efecto CME alcanza un valor superior al conseguido con dispositivos similares que no incorporan la capa de vanadio.
Los investigadores también demostraron que se pueden realizar de manera confiable dos estados magnéticos diferentes en un campo eléctrico cero cambiando la operación de barrido del campo eléctrico. Esto significa que se puede lograr arbitrariamente un estado binario no volátil con un campo eléctrico cero.
“A través del control preciso de la heteroestructura multiferroica, se satisfacen dos requisitos clave para implementar dispositivos prácticos magnetoeléctricos (ME)-MRAM, a saber, un estado binario no volátil con campo eléctrico cero y un gran efecto CME”, dijo Kohei Hamaya, autor principal.
Esta investigación sobre dispositivos espintrónicos podrá eventualmente aplicarse a dispositivos MRAM prácticos, lo que permitirá a los fabricantes desarrollar ME-MRAM, una tecnología de escritura de bajo consumo para una amplia gama de aplicaciones que requieren memoria permanente y segura.