加州大學洛杉磯分校亨利·薩繆里工程和應用科學學院研究人員通過電壓而不是電流，極大地提高了磁阻隨機存儲器性能，這是一種速度極快、性能卓越的計算機內(nèi)存。

被加州大學洛杉磯分校研究小組稱為磁電隨機存儲器的這款內(nèi)存極有可能成為未來幾乎所有電子產(chǎn)品的內(nèi)存條，包括智能手機、平板電腦、計算機、微處理器，也可專門用于數(shù)據(jù)存儲，如計算機和大型數(shù)據(jù)中心的固態(tài)磁盤等。

磁電隨機存儲器優(yōu)于現(xiàn)有技術的主要優(yōu)點是它耗能極低，同時密度大、讀取和寫入速度快、不揮發(fā)，不用加電也可保存數(shù)據(jù)（這類似于硬盤驅(qū)動器和閃存條，但速度要快得多）。

當前，磁性內(nèi)存的技術基礎是自旋轉移矩，利用了電子（自旋體）的電荷和磁特性，以電流移動電子，向內(nèi)存寫入數(shù)據(jù)。盡管自旋轉移矩與其他內(nèi)存技術相比有諸多優(yōu)勢，但其電流寫入機制仍須消耗一定能量，即寫入數(shù)據(jù)時會產(chǎn)生一定熱量。其存儲能力受到數(shù)據(jù)物理距離的限制，即寫入信息所需電流的限制。這種低位能力拉高了比特成本，從而限制了自旋轉移矩技術的應用。

在磁電隨機存儲器中，加州大學洛杉磯分校的研究小組用電壓取代電流來寫入數(shù)據(jù)。這樣就無須用導線移動大量的電子，而只須利用電壓（電勢差）即可開關磁位，向內(nèi)存寫入信息。這樣計算機內(nèi)存產(chǎn)生的熱量就大為減少，節(jié)能效率提高10到1000倍。此外，內(nèi)存密度可提高5倍，在同樣的物理空間內(nèi)能存儲更多的位信息，從而降低了比特成本。

該研究負責人為加州大學洛杉磯分校電氣工程系教授王康，成員還有論文第一作者、電氣工程研究生胡安· G·阿爾扎泰以及加州大學洛杉磯分?！獓栏呒壯芯坑媱澥鸱菗]發(fā)邏輯項目經(jīng)理、電氣工程助理研究員佩德拉姆·哈利利。

哈利利說：“以電壓控制納米級磁體的能力是磁學研究中令人興奮、快速增長的領域。這一工作為下列研究提供了新思考：如何以電壓脈沖控制開關方向，如何不用外部磁場就能確保設備正常工作，如何把它們整合成高密度存儲器陣列等。一旦做成商品，磁電隨機存儲器相對現(xiàn)行其他技術的優(yōu)勢不僅表現(xiàn)在能量散失少上，還表現(xiàn)在能使磁阻隨機存儲器極為密實，這也很重要。由于成本低、性能高，磁電隨機存儲器可以挺進以前為成本和性能所困的新的應用領域?！?/p>

阿爾扎泰說：“最近首款自旋轉移矩—磁阻隨機存儲器（STT-RAM）商用芯片問世，它也為磁電隨機存儲器的推廣打開了大門，因為它們的設備原料和制造工藝十分相似，后者既可兼容STT-RAM當前的邏輯電流技術，又減緩了能量和密度的限制?！?/p>

名為《納米級磁穿隧接面的電壓開關控制》論文介紹了上述研究成果，在12月12日于舊金山召開的美國電氣和電子工程師協(xié)會國際電子設備2012年會上進行了宣讀，該年會是“發(fā)布半導體和電子設備領域突破性成果的杰出論壇”。

磁電隨機存儲器采用了稱為受電壓控制的磁絕緣體結點的納米級結構，數(shù)層摞在一起，其中有兩層是磁性材料，一層磁場方向固定，另一層可通過電場加以控制。特殊設計的設備對電場很敏感。當施加電場時，兩個磁層間就產(chǎn)生了電位差，即電壓。電壓可通過在各層表面聚積或消除電子，向內(nèi)存寫入信息。

王康指出：“像這樣能量極低的自旋電子設備，其潛在應用不只限于存儲器產(chǎn)業(yè)。這些存儲器可集合邏輯和計算，從而徹底消除預備電力，使即通型電子系統(tǒng)成為現(xiàn)實，極大提高設備功能。”

這項研究得到了國防高級研究計劃署NV邏輯項目的資助。論文其他作者分別來自加州大學洛杉磯分校電氣工程系、加州大學歐文分校物理和天文學系、日立全球存儲技術公司以及Singulus技術公司。 （責任編輯：李浩）

（來源：中國科學報）