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一种热度大增的新兴存储
发布时间： 2022/10/13 15:37:57 | 62 次阅读
Racetrack 内存可以保存大量可以非常快速地访问的数据。现在，在一项新的研究中，科学家们揭示了 3D racetrack存储设备，这可能会极大地提高这项技术的潜力。
Racetrack 存储器以的magnetic domain walls形式对数据位进行编码。这些walls将材料划分为多个域，在这些域内，磁极都指向同一方向。电脉冲可以在纳米线内来回推动这些domain walls ，使它们像赛车一样沿着赛道行驶。然后，磁传感器和其他电子设备可以在赛道上的任何点读取和写入数据。
与其他内存技术相比，Racetrack内存可能具有无与伦比的密度，”德国哈勒的马克斯普朗克微结构物理研究所所长斯图尔特帕金说，他在 IBM 开发了这一概念。Racetrack 存储器与闪存一样是固态的，没有笨重的移动部件，并且是非易失性的，即使在断电后也能存储数据。
此外，Racetrack存储器的电脉冲可以以高达每秒公里的速度移动domain walls。这表明使用这种内存的设备可以异常快速地执行。
“每次写入操作的运行速度低于 1 纳秒的内存是可能的，”Parkin 说。“这与当今任何商用内存的快写入速度一样快或更快。”
迄今为止，大多数关于Racetrack存储的研究都集中在 2D 设备上。然而，帕金长期以来一直认为它可能是一种 3D 技术，具有垂直赛道的阵列，就像一个充满摩天大楼的城市。添加到Racetrack内存的额外维度将大大增加它可以在给定足迹上保存的数据量。但是，鉴于微电子行业使用的标准制造技术，组装如此复杂的 3D 结构已被证明是困难的。
现在，Parkin 和他的同事已经开发出一种 3D Racetrack记忆设备，使用一种新方法可以让他们将 2D Racetrack覆盖在 3D 表面上。他们在 9 月 22 日的《自然纳米技术》杂志上详细介绍了他们的发现。
科学家们在水溶性铝酸锶层上制造了由氮化钽、钴、镍、铂、钌和氧化镁层组成的复杂超薄膜。然后他们将薄膜浸入水中，释放出独立的磁性薄膜。
研究人员接下来将这种磁性薄膜转移到一个蓝宝石表面上，该表面设计有类似减速带的 3D 脊，有点像在粉刷房间时可能会在家具上挂一块滴布。然后，标准的光刻技术让他们创建由导线制成的跑道——每条 3 微米宽——拱形段根据蓝宝石表面的形状上升到 900 纳米高。
“以这种方式制备和处理的 3D Racetrack结构完好无损，其行为几乎与分离前初沉积的结构相同，”帕金说。
在实验中，3D Racetrack中的domain walls以每秒 600 米的速度行进。“我们相信使用新型材料在相关结构中速度可以提高 10 倍以上，”Parkin 说。
帕金补充说，科学家们正在探索“建立 3D Racetrack存储的许多不同方法”。“还有许多有趣的挑战有待探索，这使得对Racetrack存储的研究非常令人兴奋。”
Racetrack 存储器以的magnetic domain walls形式对数据位进行编码。这些walls将材料划分为多个域，在这些域内，磁极都指向同一方向。电脉冲可以在纳米线内来回推动这些domain walls ，使它们像赛车一样沿着赛道行驶。然后，磁传感器和其他电子设备可以在赛道上的任何点读取和写入数据。
与其他内存技术相比，Racetrack内存可能具有无与伦比的密度，”德国哈勒的马克斯普朗克微结构物理研究所所长斯图尔特帕金说，他在 IBM 开发了这一概念。Racetrack 存储器与闪存一样是固态的，没有笨重的移动部件，并且是非易失性的，即使在断电后也能存储数据。
此外，Racetrack存储器的电脉冲可以以高达每秒公里的速度移动domain walls。这表明使用这种内存的设备可以异常快速地执行。
“每次写入操作的运行速度低于 1 纳秒的内存是可能的，”Parkin 说。“这与当今任何商用内存的快写入速度一样快或更快。”
迄今为止，大多数关于Racetrack存储的研究都集中在 2D 设备上。然而，帕金长期以来一直认为它可能是一种 3D 技术，具有垂直赛道的阵列，就像一个充满摩天大楼的城市。添加到Racetrack内存的额外维度将大大增加它可以在给定足迹上保存的数据量。但是，鉴于微电子行业使用的标准制造技术，组装如此复杂的 3D 结构已被证明是困难的。
现在，Parkin 和他的同事已经开发出一种 3D Racetrack记忆设备，使用一种新方法可以让他们将 2D Racetrack覆盖在 3D 表面上。他们在 9 月 22 日的《自然纳米技术》杂志上详细介绍了他们的发现。
科学家们在水溶性铝酸锶层上制造了由氮化钽、钴、镍、铂、钌和氧化镁层组成的复杂超薄膜。然后他们将薄膜浸入水中，释放出独立的磁性薄膜。
研究人员接下来将这种磁性薄膜转移到一个蓝宝石表面上，该表面设计有类似减速带的 3D 脊，有点像在粉刷房间时可能会在家具上挂一块滴布。然后，标准的光刻技术让他们创建由导线制成的跑道——每条 3 微米宽——拱形段根据蓝宝石表面的形状上升到 900 纳米高。
“以这种方式制备和处理的 3D Racetrack结构完好无损，其行为几乎与分离前初沉积的结构相同，”帕金说。
在实验中，3D Racetrack中的domain walls以每秒 600 米的速度行进。“我们相信使用新型材料在相关结构中速度可以提高 10 倍以上，”Parkin 说。
帕金补充说，科学家们正在探索“建立 3D Racetrack存储的许多不同方法”。“还有许多有趣的挑战有待探索，这使得对Racetrack存储的研究非常令人兴奋。”