磁电器件的设计可以改善你的记忆力

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多年来,制造商已经向计算机提供了越来越多的内存打包成更小的设备。但半导体公司不能像以前那样快速地减少内存组件的大小,而目前的设计也不是节能的。传统的存储设备使用晶体管,依靠电场来存储和读出信息。另一种研究方法是利用磁场来存储信息。磁性器件的一个有前途的版本依赖于磁电效应,它允许电场切换器件的磁特性。然而,现有的设备往往需要大的磁场和电场,这些磁场和电场很难产生和包含。

这个问题的一个潜在的解决方案是由铬(Cr2O3)制成的一种新的开关元件,它可以在计算机存储器和闪存驱动器中使用。“该设备具有更好的缩放潜力,所以它可以更小,并且一旦它被适当地细化,将使用更少的能量,”明尼苏达大学的研究者Randall Victora和该论文的作者说。研究人员在AIP出版公司的应用物理通讯中报告了他们的发现。

计算机存储器由开关元件组成,微型设备可以接通和断开以存储零零零点的信息。以前的研究人员发现,氧化铬的磁电特性意味着它只能与电场“切换”,但开关需要静态磁场的存在。在这些元素的基础上,Victora和Rizvi Ahmed创建了一个具有氧化铬心脏的存储器装置的设计,不需要任何外部施加的磁场来操作。

它们的设计围绕着磁性材料的氧化铬。这通过与Cr磁矩的量子机械耦合提供有效磁场,同时允许器件以阻止杂散磁场影响附近器件的方式布置。读取设备状态的元素,以确定它是否处于一个或零状态,放置在设备的顶部。这可能会将更多的存储器封装到更小的空间中,因为氧化铬和磁体之间的界面是使器件起作用的耦合的关键。随着器件收缩,界面相对于其体积的较大表面积改善了操作。这种特性比常规半导体有优势,其中随着表面积的减小,尺寸增大,从而导致更大的电荷泄漏和热损失。

接下来,维克托拉和艾哈迈德的目标是与那些使用氧化铬的同事合作构建和测试该设备。如果成功地制造,那么新的设备可能会取代计算机中的动态随机存取存储器。

“DRAM是一个巨大的市场。它提供了计算机内部的快速内存,但问题是它泄露了大量的电荷,这使得它的能量效率很低,“Victora说。DRAM也是易失的,所以一旦电源中断,信息就会消失,就像计算机崩溃删除未保存的文档一样。这个装置,如文中所描述的,将是非易失性的。

然而,这样的存储设备可能需要几年的时间来完善。一个重要的障碍是设备的耐热性。计算机产生大量的热量,建模预测该装置将停止运行约30摄氏度,相当于炎热的夏日。优化氧化铬,也许通过掺杂其他元素,可以改善其功能,使其更适合取代现有的存储设备。

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