研究人员创造了一种新技术，可以通过电压控制来切换磁化，这可能会导致先进计算存储器的发展。这种创新的方法使数据写入时的能量消耗最小化，同时确保存储器保持完整，适合未来需要可靠和稳定存储的技术。
近年来，针对传统随机存取存储器（RAM）局限性，各种计算设备的存储器类型得到了开发。其中一种显著的类型是磁阻RAM（MRAM），与标准RAM相比，它提供多项优势，如非易失性、高速性能、扩展存储容量和更好的耐用性。尽管MRAM技术取得了重大进展，但在数据写入过程中降低能量使用仍然是一个重要障碍。
最近，大阪大学的研究人员在Advanced Science上发表的一项研究介绍了一种新方法，用于MRAM设备在数据写入时最小化能量使用。这项创新技术允许基于电场的写入机制，其功耗低于当前的方法，可能作为传统RAM的替代品。
标准动态RAM（DRAM）设备由基本存储单元如晶体管和电容器组成，但被视为易失性，这意味着它们需要持续的能量供应来维持数据。相对而言，MRAM利用磁态，如磁化的方向，来写入和保存数据，这允许非易失性存储。
“由于MRAM设备依赖非易失性磁化状态，而非电容器中存在的易失性电荷状态，因此在不使用时它们相比DRAM表现出更低的功耗，是一种有前景的替代方案，”研究的首席作者Takamasa Usami解释道。
如今的MRAM设备通常需要电流来改变磁隧道结的磁化方向，类似于在DRAM设备中切换电容器电荷状态的方式。然而，在写入阶段需要大量电流来改变磁化，这导致了通过焦耳加热的能量损失。
为了解决这个问题，研究人员设计了一种新组件，能够在MRAM设备中实现电场控制。这项关键技术是一个多铁性异质结构，具备响应电场的磁化矢量。该异质结构在电场中的有效性由反向磁电耦合（CME）系数定义；值越高，表示磁反应越强。
研究人员之前已经报告了一种CME耦合系数超过10-5 s/m的多铁性异质结构。然而，铁磁层（Co2FeSi）的结构变化使得实现预期的磁性特性变得困难，复杂化了电场操作的可靠功能。为了提高该系统的稳定性，研究人员设计了一层薄钒层插入在铁磁层和压电层之间。这一补充建立了一个明确的界面，使得在Co2FeSi层内对磁性特性的可靠管理成为可能。此外，CME效应超越了以往缺乏钒层的类似设备中观察到的值。
团队还表明，通过调整电场的扫描操作，可以在零电场下创建两种不同的磁状态，意味着可以在不施加电场的情况下持续实现非易失性二进制状态。
“通过准确控制多铁性异质结构，我们成功满足了实际磁电（ME）-MRAM设备的两个基本标准：在零电场下具有非易失性二进制状态的能力和显著的CME效应，”高级作者Kohei Hamaya表示。
这项关于自旋电子设备的研究具有在实际MRAM技术中实施的潜力，能够创造出ME-MRAM，这代表了一种低功耗写入解决方案，适用于需要持久和可靠存储的各种应用。
