降低自旋電子儲存器裝置的功耗

大阪大學的研究小組於2024年12月，發表了針對ME-MRAM等下一代自旋電子裝置中所採取的電壓訊息寫入技術，開發了能顯著提高穩定運行可靠性的新結構。自旋轉移力矩式記憶體（STT-MRAM）等自旋電子裝置被視為下世代的非揮發性記憶體的潛力首選。然而，在STT-MRAM中寫入訊息時需要使用電流發熱而損失能量。為了解決這個問題，使用由磁鐵等強磁性材料組成之複鐵（Multiferroic）和壓電材料，兩者組合而成的ME-MRAM引起了關注。這種結構使得壓電材料的「應變」便可以控制磁化方向，從而減少寫入訊息時的電力消耗。例如，現有的STT-MRAM每寫入1 bit的訊息約消耗0.1pJ，而電壓印加方式僅需消耗約千分之一的0.1fJ。此外，新的結構可有多樣的材料組合，能夠在廣泛的溫度範圍內運作。

該研究小組專注於這種新結構。2022年，他們使用了鈷鐵矽合金的磁鐵「Co₂FeSi」，實現了高性能指標的非揮發性記憶體磁場切換操作。然而，在當時的結構中，強磁性層與壓電層之間形成的「非晶層」降低了強磁性層的晶體取向性，從而存在可靠性問題。為了解決這一問題，研究人員在強磁性層與壓電層的界面上新增了金屬鉻（V）原子層，實現了高取向性的強磁性層，突破了先前的性能指標與最佳記錄，在低功耗的前提下證明了其穩定性。

資料來源：MONOist（2025年1月8日）
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