Ett forskarteam under ledning av Kyushu University har utvecklat en ny tillverkningsmetod för energieffektivt magnetiskt random access-minne (MRAM) med hjälp av ett nytt material som kallas tuliumjärngranat (TmIG) och som har väckt global uppmärksamhet för sin förmåga att möjliggöra snabb informationsomskrivning med låg strömförbrukning vid rumstemperatur. Gruppen hoppas att deras upptäckter kommer att leda till betydande förbättringar av hastigheten och energieffektiviteten hos högpresterande hårdvara, såsom den som används för att driva generativ AI.
Arbetet är publicerat i npj Spintronics.
Den snabba spridningen av generativ AI har gjort energibehovet från datacenter till en global fråga, vilket skapar ett akut behov av att förbättra energieffektiviteten hos den hårdvara som driver tekniken.
”Spin-orbit torque (SOT) är en viktig teknik som potentiellt kan bidra till att lösa detta problem. Det är en metod för minneslagring som använder elektricitet, i stället för magneter, för att styra orienteringen av mikroskopiska magneter på en tunn film av material i en enhet, vilket gör det möjligt för oss att producera snabbare MRAM”, förklarar Naoto Yamashita, docent vid Kyushu Universitys fakultet för informationsvetenskap och elektroteknik, som är studiens korresponderande författare.
”Ett lovande SOT-material är tuliumjärngranat (TmIG). Det utvecklades ursprungligen i Japan 2012 och kan producera SOT när en platinafilm placeras på det och en ström tillförs. Det är ett ganska banbrytande material.”
TmIG kräver dock en högkvalitativ tunn film för att kunna användas som minnesenhet. Tidigare beläggningsmetoder har visat sig vara kostsamma och tekniskt svåra. I sina nya fynd har Yamashita och hans team lyckats producera dessa filmer med hjälp av en etablerad massproduktionsmetod som kallas on-axis sputtering. I denna process slås atomer ut ur filmmaterialet och deponeras sedan på substratet lager för lager.
”Vi använde denna metod för att avsätta ett mycket tunt lager av platina på TmIG, med en tjocklek på tre nanometer. Uppföljande tester visade att vi kunde ändra dess minnesdata (magnetisk orientering) genom att helt enkelt leda en liten ström genom det”, fortsätter Yamashita. ”Dataskrivningseffektiviteten var 0,7 x 1011 A/m2 och är jämförbar med filmer tillverkade med konventionella metoder.”
Teamets nya upptäckter är ett viktigt steg för att överbrygga klyftan mellan grundforskning och tillämpad forskning om högpresterande minnesteknik.
”Vi håller redan på att utveckla funktionella enheter som utnyttjar våra nya upptäckter”, avslutar Yamashita. ”Vi hoppas kunna använda vårt arbete för att bygga ett mer hållbart informationssamhälle.”
Mer information: Deterministisk spin-orbit-vridmomentomkoppling av epitaxial ferrimagnetisk isolator med vinkelrät magnetisk anisotropi tillverkad genom magnetronsputtring på axeln, npj Spintronics (2025). DOI: 10.1038/s44306-025-00105-z
