Передача спинового момента

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Простая модель передачи спинового момента для двух противоположно намагниченных слоёв. Ток, вытекающий из неподвижного слоя, поляризован по спину. Когда он достигает свободного слоя, большинство спинов релаксируют в состояния с противоположной ориентации спина с более низкой энергией, при этом прилагая крутящий момент к свободному слою.
Принципиальная схема перехода спиновый клапан/магнитный туннельный переход. В спиновом клапане промежуточный слой (фиолетовый) — металлический; в магнитном туннельном переходе он сдалан из изолятора.

Передача спинового момента (STT)[1] — это эффект, при котором ориентация магнитного слоя в магнитном туннельном переходе или спиновом клапане может управляться с помощью спин-поляризованноо тока.

Носители заряда (такие как электроны) обладают свойством, известным как спин, который представляет собой небольшую величину собственного углового момента, присущего частице. Электрический ток обычно неполяризован (состоит на 50 % из электронов со спином вверх и на 50 % со спином вниз); спин-поляризованный ток — это ток с большим количеством электронов любого спина. Пропуская ток через толстый магнитный слой (обычно называемый «неподвижным слоем»), можно создать спин-поляризованный ток. Если этот спин-поляризованный ток направить во второй, более тонкий магнитный слой («свободный слой»), то угловой момент может быть передан этому слою, изменив его намагничеснность. Эффекты обычно наблюдаются только в устройствах нанометрового масштаба.

Память на основе эффекта передачи спинового момента[править | править код]

Эффект передачи спинового момента можно использовать для изменения намагниченности активных элементов в магнитной оперативной памяти. Магнитная память с произвольным доступом и передачей спинового момента (STT-RAM или STT-MRAM) представляет собой энергонезависимую память с почти нулевым энергопотреблением утечки, что является основным преимуществом по сравнению с памятью на основе электрических зарядов, такой как SRAM и DRAM. STT-RAM также имеет преимущества более низкого энергопотребления и лучшей масштабируемости, чем обычная магниторезистивная память с произвольным доступом (MRAM), которая использует магнитное поле для переворота намагниченности активных элементов[2]. Технология передачи спинового момента потенциально может сделать возможными устройства MRAM, сочетающие низкие требования к току и сниженную стоимость; однако величина тока, необходимая для переориентации намагниченности, в настоящее время слишком велика для большинства коммерческих приложений, и одно только уменьшение этой плотности тока является основой современных исследований в области спиновой электроники (спинтроники)[3].

Индустрия[править | править код]

В 1997 году исследовательский центр Sony опубликовал первую заявку на патент Японии на SPINOR (энергонезависимую ортогональную память чтения/записи со спин-поляризованной инжекцией), предшественника STT RAM[4]. Впоследствии, на конференции IEDM[en] 2005, исследователи Sony сообщили о первой работающей STT-памяти ёмкостью 4 КБ, получившей название Spin-RAM, с заменой парамагнитного промежуточного слоя памяти SPINOR на диэлектрик MgO[5]. Комании Hynix Semiconductor и Grandis заключили партнерство в апреле 2008 года для изучения коммерческого развития технологии STT-RAM[6][7]. Hitachi и Университет Тохоку продемонстрировали 32-Мбит STT-RAM в июне 2009 года[8].

В 2011 году Qualcomm представила встроенную STT-MRAM на 1 Мбит, произведённую на 45-нм заводе TSMC на симпозиуме по СБИС[9].
В 2012 году Everspin Technologies[en] выпустила первый коммерчески доступный DIMM DDR3 SDRAM ST-MRAM ёмкостью 64 МБ[10]. В июне 2019 года Everspin Technologies запустила опытное производство 28-нм чипов STT-MRAM объёмом 1 Гб[11].
В декабре 2019 года Intel продемонстрировала STT-MRAM для кэша L4[12].
В 2022 году TechInsights[en] обнаружила встроенную память STT-MRAM ёмкостью 16 МБ в микроконтроллере фитнес-трекера Fitbit Luxe и в несколько других коммерчески доступных носимых продуктов[13].

Другие компании, работающие над STT-RAM, включают Avalanche Technology, Crocus Technology[en][14] и Spin Transfer Technologies[15].

См. также[править | править код]

Примечания[править | править код]

  1. ↑ Борисенк, Данилюк, Мигас, 2021, с. 83.
  2. ↑ Bhatti, Sabpreet (2017). "Spintronics based random access memory: A review". Materials Today. 20 (9): 530. doi:10.1016/j.mattod.2017.07.007.
  3. ↑ Ralph, D. C. (April 2008). "Spin transfer torques". Journal of Magnetism and Magnetic Materials. 320 (7): 1190—1216. arXiv:0711.4608. Bibcode:2008JMMM..320.1190R. doi:10.1016/j.jmmm.2007.12.019. ISSN 0304-8853.
  4. ↑ Maiken. Nonvolatile random access memory device. patents.google.com. Japan Patent Office. Дата обращения: 20 мая 2023. Архивировано 6 октября 2023 года.
  5. ↑ Hosomi, M. A novel nonvolatile memory with spin torque transfer magnetization switching: Spin-ram // IEEE International Electron Devices Meeting, 2005. IEDM Technical Digest. — December 2005. — P. 459–462. — ISBN 0-7803-9268-X. — doi:10.1109/IEDM.2005.1609379.
  6. ↑ Grandis press release describing partnership with Hynix. Grandis (1 апреля 2008). Дата обращения: 15 августа 2008. Архивировано 14 апреля 2012 года.
  7. ↑ Hynix press release describing partnership with Grandis. Hynix (2 апреля 2008). Дата обращения: 15 августа 2008.  (недоступная ссылка)
  8. ↑ Session 8-4: 32-Mb 2T1R SPRAM with localized bi-directional write driver and '1'/'0' dual-array equalized reference cell. vlsisymposium.org. Архивировано 12 марта 2012 года.
  9. ↑ Kim, J.P.; Qualcomm Inc., San Diego, CA, USA; Taehyun Kim; Wuyang Hao; Rao, H.M.; Kangho Lee; Xiaochun Zhu; Xia Li; Wah Hsu; Kang, S.H.; Matt, N.; Yu, N. (15–17 June 2011). A 45nm 1Mb embedded STT-MRAM with design techniques to minimize read-disturbance. 2011 Symposium on VLSI circuits (VLSIC). ieeexplore.ieee.org. IEEE. ISBN 978-1-61284-175-5. ISSN 2158-5601. Архивировано из оригинала 1 июля 2017. Дата обращения: 30 ноября 2019.{{cite conference}}: Википедия:Обслуживание CS1 (множественные имена: authors list) (ссылка)
  10. ↑ Everspin ships first ST-MRAM memory with 500X performance of flash. Computerworld (12 ноября 2012). Дата обращения: 25 сентября 2014. Архивировано 3 июля 2018 года.
  11. ↑ Everspin enters pilot production phase for the world's First 28 nm 1 Gb STT-MRAM component | Everspin. everspin.com. Дата обращения: 25 июня 2019. Архивировано 6 октября 2023 года.
  12. ↑ Intel demonstrates STT-MRAM for L4 cache (10 декабря 2019). Дата обращения: 6 октября 2023. Архивировано 6 октября 2023 года.
  13. ↑ TSMC 22ULL eMRAM Die removed from Ambiq™ Apollo4 cache (20 июня 2023). Дата обращения: 6 октября 2023. Архивировано 22 июня 2023 года.
  14. ↑ Crocus press release describing MRAM new prototype. crocus-technology.com. Crocus (1 октября 2009). Архивировано 20 апреля 2012 года.
  15. ↑ Interview with Vincent Chun from Spin transfer technologies. Mram-info.com. Дата обращения: 7 февраля 2014. Архивировано 29 января 2022 года.

Литература[править | править код]

  • Борисенко Виктор Евгеньевич, Данилюк Александр Леонидович, Мигас Дмитрий Борисович. Спинтроника : учебное пособие. — 2-е. — М.: «Лаборатория знаний», 2021. — 232 с. — ISBN 978-5-93208-558-5.
Источник — https://ru.wikipedia.org/w/index.php?title=Передача_спинового_момента&oldid=136555216