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초고속 자기 역전 고속 저전력의 컴퓨터 메모리
Ultrafast magnetic reversal points the way toward speedy, low-power computer memory

해외과학기술동향

2017-11-07


UC 버클리 (UC Berkeley)와 UC 리버 사이드 (UC Riverside)의 연구원은 특정 금속의 자성을 전기적으로 제어하기 위한 새로운 초고속 방법을 개발했다. 이는 획기적인 성능 향상과 에너지 효율적인 컴퓨터 메모리 및 처리 기술로 이어질 수 있다.

컴퓨터는 다양한 종류의 메모리 기술을 사용하여 데이터를 저장한다. 가능한 한 많은 데이터를 저장하기 위해서는 일반적으로 하드 디스크 또는 플래시 드라이브와 같은 장기간 메모리가 필요하다. 그러나 컴퓨터를 계산할 수 있게 해주는 하드웨어인 CPU (Central Processing Unit)는 작업이 실행되는 동안 정보를 단기간 저장하기 위해 자체 메모리를 필요로 한다. 랜덤 액세스 메모리 (RAM)는 그러한 단기간 메모리의 한 예이다.

RAM에 데이터를 읽고 쓰는 것은 CPU의 계산을 따라 가기 위해 매우 빨라야 한다. 현재의 대부분의 RAM 기술은 전하 (전자) 보유를 기반으로 하며 초당 수십억 비트 (또는 비트/나노초)의 속도로 기록될 수 있다. 이러한 요금 기반 기술의 단점은 변동이 심하고 일정한 전력이 필요하다는 것이다. 그렇지 않으면 데이터가 손실된다.

최근에는 MRAM (Magnetic Random Access Memory)으로 알려진 RAM의 자기 대체 기술이 시장에 출시되었다. 자석의 장점은 메모리 및 CPU의 전원이 꺼져 있어도 에너지를 절약할 수 있는 경우에도 정보를 유지한다는 것이다. 그러나 그 효율성은 속도를 희생시키면서 발생한다. MRAM의 주요 과제는 단일 비트의 정보를 10 나노초 미만으로 기록하는 속도를 높이는 것이었다.

전하 기반 랜덤 액세스 메모리만큼 빠른 비 휘발성 메모리의 개발은 컴퓨팅 장치의 성능과 에너지 효율성을 획기적으로 향상시킬 수 있다. 그것은 오늘날의 MRAM보다 훨씬 빠른 속도로 재료의 자기를 제어하는 ​​새로운 방법을 모색하게 만들었다.

짧은 레이저 펄스를 사용하는 초고속 자석 스위칭에 대한 네덜란드의 최근 실험에서 영감을 얻어, 연구팀은 자성 금속이 전기 펄스에 몇 초 정도의 짧은 시간 동안 반응하는지를 연구하기 위한 특수 회로를 만들었다. 연구팀은 가돌리늄과 철으로 구성된 자성 합금에서 이러한 빠른 전기 펄스가 10 피코 초 이내에 자성의 방향을 전환할 수 있다는 것을 발견했다. 이것은 다른 MRAM 기술보다 훨씬 빠른 속도이다.

전기 펄스는 일시적으로 철 원자의 전자 에너지를 증가시킨다. 이 에너지의 증가는 철과 가돌리늄 원자의 자성이 서로에 토크를 가하고 결국에는 금속의 자극을 재배향하게 한다. 이것은 전류를 사용하여 자석을 제어하는 ​​완전히 새로운 방법이다.

연구팀은 특별한 가돌리늄-철 합금에 전기 필기를 처음 시연한 후, 더 넓은 종류의 자성 재료로 그들의 방법을 확장할 방법을 모색했다. 가돌리늄-철 합금의 특수 자기 특성이 이 결과를 만드는 것이다. 따라서, 광범위한 종류의 자성 재료에 대해 빠른 전기 쓰기를 위한 접근 방식을 확장하는 방법을 찾는 것이 흥미로운 도전이었다.

우리는 가돌리늄-철 합금 위에 코발트와 같은 단일 원소 자성 금속을 쌓을 때 두 층 사이의 상호 작용으로 전례없는 시간 규모로 코발트의 자기를 조작할 수 있음을 발견했다.

이 두 가지 발견은 고속, 비 휘발성 메모리를 칩에 바로 장착할 수 있는 차세대 고성능, 저전력 컴퓨팅 프로세서를 구현할 수 있는 초고속 자성 메모리를 향한 길을 제공할 것이다.

  • 관련연구자

    Richard Wilson

  • 관련기관

    UC Riverside

  • 과학기술분류

    전기/전자, 물리학, 재료

  • 본문키워드(한글)

    자기 램덤 엑세스 메모리,철,가돌리늄,자석,전기 펄스,재배향

  • 본문키워드(영문)

    MRAM,iron,gadolinium,magnet,electrical pulse,reorientation

  • 원문언어

    영어

  • 국가

    미국

  • 원문출판일

    2017-11-06

  • 출처

    https://m.phys.org/news/2017-11-ultrafast-magnetic-reversal-speedy-low-power.html