A tecnologia de memória magnética de acesso aleatório (MRAM) oferece um potencial substancial para a arquitetura de memória universal de próxima geração. No entanto, as MRAMs de última geração ainda são fundamentalmente limitadas por uma limitação de velocidade abaixo de nanossegundos, que continua sendo um desafio científico de longa duração na pesquisa e desenvolvimento de spintrônica. Neste projeto de doutorado duplo, Luding Wang demonstrou experimentalmente um dispositivo de bloco de construção opto-MRAM de picossegundos totalmente funcional, integrando fotônica ultrarrápida com spintrônica.
Gargalos de desenvolvimento de MRAM
Você já experimentou um desligamento inesperado do seu computador, perdendo documentos no processo em que passou horas trabalhando? A tecnologia de memória magnética de acesso aleatório (MRAM) se concentra na manipulação do spin do elétron para lidar com essa falha técnica. Dentro dos bits de MRAM, os dados são gravados alternando os nanoímãs de direção. Assim, a MRAM permite que os dados sejam salvos de maneira duradoura quando a energia está desligada, os computadores inicializam mais rapidamente e os dispositivos consomem menos energia.
Nos últimos 25 anos, duas grandes gerações de MRAMs foram inventadas e lançadas no mercado. As primeiras MRAMs empregam um campo magnético para escrever os bits, enquanto as MRAMs de última geração implementam um método baseado em corrente de spin. No entanto, o processo de gravação de dados dessas MRAMs foi prejudicado por um desafio duradouro: a velocidade é limitada ao regime de nanossegundos e consome muita energia.
Integração fotônica ultrarrápida
Nesta tese, Luding Wang, do grupo de pesquisa Física de Nanoestruturas do departamento de Física Aplicada, integra um rápido desenvolvimento no campo da fotônica ultrarrápida, o laser de femtossegundos (fs): os estímulos mais rápidos comercialmente disponíveis para a humanidade para quebrar a limitação de velocidade dos nanossegundos , e no processo torná-lo mil vezes mais eficiente em termos energéticos.
Neste projeto de doutorado duplo, pesquisadores da Eindhoven University of Technology (TU/e) liderados pelo prof. dr. Bert Koopmans, e o Instituto Fert Beijing da Universidade Beihang liderado pelo prof. dr. Weisheng Zhao, mostraram a primeira prova de conceito desta memória spintrônica-fotônica usando uma mentalidade interdisciplinar.
Memória híbrida óptica-MRAM
Inspirado pelos esquemas de comutação totalmente óptica (AOS) induzidos por laser de femtossegundos em multicamadas ferrimagnéticas sintéticas descobertos pela TU/e em 2017, integrá-lo ao bit MRAM surgiu como uma rota competitiva para o design MRAM de próxima geração. De seu Ph.D. pesquisa, Wang relata sobre o projeto e caracterização de tal dispositivo de memória opto-híbrida, cunhado uma célula de bits opto-MRAM. Ele mostra uma velocidade de gravação recorde mundial de 20 picossegundos (ps), que é 1-2 ordens de magnitude além das MRAMs atuais de última geração, com uma eficiência energética aprimorada (aproximadamente 100 femtojoules para alternar um 50×50 bit de tamanho nm2).
Este primeiro passo para o desenvolvimento de uma “opto-MRAM” é um começo muito promissor para uma memória fotônica não volátil única. Ele permite uma conversão direta de informações ópticas em informações magnéticas, sem etapas de conversão eletrônica de alto custo entre elas. Além disso, os resultados experimentais representam um avanço importante para estimular mais estudos científicos fundamentais que combinam os campos da spintrônica e fotônica.
Publicado em 01/05/2022 22h17
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