Израильские и американские физики разработали и протестировали новую ячейку магнитной памяти, которая может находиться в шести различных состояниях, в отличие от традиционных однобитных элементов памяти. Такая технология позволяет утроить плотность записи информации и, по словам разработчиков, может повысить скорость чтения в магнитных устройствах. Работа опубликована в журнале Applied Physics Letters, кратко о ней сообщает Phys.org.

Авторы предложили придать ячейке магнитной памяти форму в виде трех эллипсов, перекрывающихся своими центральными частями. Согласно моделированию и экспериментам, центр такой ячейки может существовать в шести различных магнитных состояниях. В каждом из них намагниченность отдельных фрагментов ячейки сонаправлена с намагниченностью одного из трех вытянутых эллипсов. Поскольку сами эллипсы при этом могут быть намагничены лишь двумя способами вдоль большой полуоси, это в результате дает шесть устойчивых состояний.

Для успешного использования подобной ячейки памяти ученым потребовалось также разработать метод чтения и записи информации, находящейся в ней. Авторы предложили контролировать намагниченность с помощью спин-поляризованного электрического тока. В таком токе спины (условно, направления собственного вращения электронов) сонаправлены, что вызывает ряд необычных эффектов при взаимодействии  с магнитными полями. Процесс изменения намагниченности под действием этого тока называется переключением спин-орбитальным моментом.

Шесть состояний магнитной ячейки памяти. Telepinsky et al., / Applied Physics Letters, 2016

Микрофотография модуля магнитной памяти. Для исследования магнитных состояний в образце авторы измеряли величину планарного эффекта Холла. Telepinsky et al., / Applied Physics Letters, 2016

По словам авторов, главным достоинством предложенной ячейки является повышенная плотность записи информации — вместо двух в одном элементе кодируется шесть различных состояний, что при определенных условиях позволяет записать в три раза больший объем информации в том же количестве ячеек. Стоит отметить, что это не первая попытка создания подобных элементов памяти. Ранее предлагались структуры на основе традиционных технологий флеш-памяти, способные хранить до четырех бит в ячейке. Однако, они обладали более высоким энергопотреблением и были медленнее обычных однобитных структур. 

Вместо электрического заряда, состояние ячейки в магнитной памяти (MRAM) определяется направлением намагниченности специального слоя. Переход от однобитных к предложенным трехбитным ячейкам не требует введения новых слоев в привычную архитектуру памяти — достаточно лишь изменить геометрию элемента. Авторы отмечают, что можно увеличить количество возможных состояний в элементе до четырех — для этого надо перейти от трех к четырем эллипсам в структуре. Это предположение ученые проверили теоретическим моделированием.

Автор: Владимир Королёв