Исследователи из Московского физико-технического института (МФТИ), совместно с их коллегами из Института радиотехники и электроники РАН имени Котельникова разработали и изготовили опытные образцы нового типа магнитной компьютерной памяти с произвольным доступом. Использование такой памяти позволит не только снизить количество потребляемой вычислительными системами энергии, ее энергонезависимая природа позволит реализовать функцию мгновенного запуска этих систем в работу после включения.

Отметим, что память с произвольным доступом (Random Access Memory, RAM) является одним из базовых компонентов всех вычислительных систем, любого компьютера, смартфона и даже MP3-плеера. Самым распространенным типом RAM-памяти является динамическая память DRAM, ячейка которой имеет максимально простое строение и состоит из транзистора и электрического конденсатора. Транзистор используется для управления зарядом конденсатора, а уровень заряда конденсатора интерпретируется как логическая 1 или 0.

«Технологии DRAM продвинулись далеко вперед за последние годы. Модули памяти становятся все быстрей и большего объема. Однако, такой тип памяти имеет очень низкий показатель эффективности использования энергии и требует постоянного регенерации, эта проблема так и остается нерешенной на сегодняшний день» — рассказывает Сергей Никитов, научный руководитель проекта, — «Разработанные же нами ячейки магнитной памяти имеют энергетическую эффективность операций чтения-записи в 10 тысяч раз большую, чем ячейки обычной DRAM-памяти».

Ячейки магнитоэлектрической памяти (magnetoelectric memory, MELRAM) состоят из двух компонентов разной природы. Первым из этих компонентов является пьезоэлектрический компонент. Напомним нашим читателям, что пьезоэлектрический эффект — это способность некоторых материалов изменять свою форму под воздействием электрического тока и вырабатывать электрический ток под воздействием прикладываемого механического усилия.

Вторым компонентом ячейки памяти MELRAM является многослойная структура, характеризуемая высоким магнитоэластичным показателем, зависимостью уровня намагниченности от механической деформации. При этом, анизотропная структура этого компонента позволяет намагничивать его в строго заданном направлении. А два перпендикулярных направления намагниченности можно интерпретировать как логическую 1 и 0. В отличие от динамической памяти, ячейки MELRAM не требуют постоянной регенерации и способны сохранять свое состоянии при отсутствии напряжения питания.

«Мы создали опытные образцы ячеек магнитной памяти, которые имеют размер около одного миллиметра» — рассказывает Антон Чурбанов, один из исследователей, — «Однако, структуру такой ячейки легко миниатюризировать до наноразмерного уровня, до размеров, сопоставимых с размерами ячеек обычной памяти».

Следует отметить, что ученые, пытавшиеся ранее создать образцы MELRAM-памяти, сталкивались с неразрешимой проблемой, для считывания записанной в ячейку информации использовались миниатюрные датчики магнитного поля. Такой подход работал, но делал невозможной миниатюризацию структуры ячейки памяти до приемлемого уровня. Для решения этой проблемы российские ученые разработали относительно простую технологию электрического считывания информации, записанной в ячейку памяти. В этой технологии используются короткие импульсы слабого электрического тока, которые не могут перемагнитить ячейку, но на параметры которых оказывает влияние направление намагниченности материала ячейки.