據(jù)Mining.com網(wǎng)站報(bào)道，斯坦福大學(xué)研究人員證實(shí)，一種名為錳鈀三（Manganese Palladium Three）的金屬復(fù)合物薄層擁有一種特性，能夠制造可以電子自旋方向存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的內(nèi)存。
科學(xué)家在發(fā)表于《自然-材料》（Nature Materials）期刊的論文中解釋稱，他們工作的目的是為了解決人工智能（AI）技術(shù)發(fā)展帶來的對(duì)計(jì)算能力的爆發(fā)式需求。
“在我看來，我們已經(jīng)從互聯(lián)網(wǎng)過渡到AI時(shí)代”，本文共同作者王善祥教授在媒體聲明中稱?！拔覀兿胪苿?dòng)AI技術(shù)發(fā)展——訓(xùn)練家庭電腦、手機(jī)或智能手表來探測(cè)心臟病或語音識(shí)別。要做到這一點(diǎn)，你需要一個(gè)快速的非易失性存儲(chǔ)器”。
存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的捷徑
王教授及其團(tuán)隊(duì)分析的內(nèi)存存儲(chǔ)方法，即所謂的自旋軌道力矩磁阻隨機(jī)存取存儲(chǔ)器（SOT-MRAM， Spin-Orbit Torque Magnetoresistive Random Access Memory）存儲(chǔ)數(shù)據(jù)比現(xiàn)在的方法更快更有效，因?yàn)楝F(xiàn)在存儲(chǔ)數(shù)據(jù)使用電荷，為保留數(shù)據(jù)需要持續(xù)通電。
“我們?yōu)槲磥砉?jié)能存儲(chǔ)元件提供了基本模塊，”王教授稱。“這很基礎(chǔ)，但是一個(gè)突破”。
SOT-MRAM依賴電子的一種本身屬性即自旋。為理解自旋，可以想象一名職業(yè)籃球運(yùn)動(dòng)員手指上旋轉(zhuǎn)的籃球。由于電子為帶電粒子，其旋轉(zhuǎn)將電子變成一個(gè)沿其軸極化的微型磁體。
如果電子轉(zhuǎn)變自旋方向，這個(gè)微型磁體的南北極也將改變。研究人員利用磁力線的上或下方向，即磁偶極矩來表示構(gòu)成計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)的位和字節(jié)的1和0。
在SOT-MRAM中，穿越一種材料（SOT層）的電流產(chǎn)生特殊的自旋方向。這些電子的運(yùn)動(dòng)，配合自旋方向，能夠產(chǎn)生切換自旋方向的力矩，并在相鄰磁性材料中的相關(guān)磁偶極子。有合適的材料，存儲(chǔ)磁性數(shù)據(jù)如同切換SOT層中的電流方向一樣簡(jiǎn)單。
但是，尋找合適的SOT材料并非易事。由于硬件設(shè)計(jì)方式限制，當(dāng)電子自旋方向沿Z軸朝上或朝下時(shí)，數(shù)據(jù)可以更密集地存儲(chǔ)。遺憾地是，如果電流沿X軸運(yùn)移，大多數(shù)材料的電子自旋極化方向?yàn)閅軸。
“常規(guī)材料只能產(chǎn)生Y軸方向的自旋，這意味著我們需要外部磁場(chǎng)來切換成Z軸方向，這需要更多能量和空間”，論文另一共同作者薛芬（Fen Xue，音譯）稱?！盀榻档湍芎暮吞岣叽鎯?chǔ)密度，我們希望在不借助外磁場(chǎng)的情況下實(shí)現(xiàn)切換”。
錳鈀三
研究人員發(fā)現(xiàn)，錳鈀三擁有他們需要的特性。這種材料能夠產(chǎn)生各種方向的自旋，因?yàn)槠鋬?nèi)部結(jié)構(gòu)缺少那種會(huì)迫使所有電子進(jìn)入特定方向的晶體對(duì)稱性。采用錳鈀三，研究人員發(fā)現(xiàn)，即使沒有外部磁場(chǎng)，也能夠?qū)崿F(xiàn)在Y軸和Z軸之間的磁化轉(zhuǎn)換。雖然文中沒有顯示，但在沒有外部磁場(chǎng)的情況下X軸方向的磁化也能切換。
“我們使用了與其他常規(guī)材料相同的輸入電流，但現(xiàn)在我們擁有三個(gè)不同方向的自旋”，本文第一作者，來自斯坦福大學(xué)的博士后馬亨德拉·DC（Mahendra DC）表示，“根據(jù)應(yīng)用不同，我們可以控制磁化方向”。
除了具有非對(duì)稱性結(jié)構(gòu)外，錳鈀三還具有其他幾種屬性，使其成為SOT-MRAM應(yīng)用非常好的選擇。例如，它能夠在電子產(chǎn)品必須經(jīng)受的熱處理后恢復(fù)并保持其特性。
“熱處理要求電子設(shè)備在400攝氏度下保持30分鐘”，DC稱?！皩?duì)于這些設(shè)備中的新材料來說這是一大挑戰(zhàn)，而錳鈀三沒問題”。
另外，錳鈀三制作采用一種被稱為磁控濺射（Magnetron Sputtering）的工藝，此技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用于其他存儲(chǔ)硬件的生產(chǎn)。
其結(jié)果是，這種材料的新性能不僅可以幫助滿足日益增長的算力需求，而且可以順利適應(yīng)目前的制造技術(shù)需求。
研究人員已經(jīng)采用錳鈀三制作SOT-MRAM原型，將來會(huì)被用于實(shí)際設(shè)備。
“目前技術(shù)面臨瓶頸”，DC稱?！耙虼?，我們必須要清楚還有什么其他選擇”。
