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研究人员研发出高速磁内存技术

瑞士苏黎世联邦理工大学材料系教授彼得罗·甘巴尔代拉领导的团队在新一期英国《自然·纳米技术》杂志上发表报告说,利用被称为“自旋轨道转矩”的物理现象,可以不用通电线圈,仅用通电的特殊半导体薄膜材料就能改变存储介质的磁性,从而实现磁存储。

 

磁存储是已被使用数十年的存储技术,在磁存储中信息的记录与读出原理是磁致电阻效应。磁致电阻磁头的核心是一片金属材料,其电阻随磁场变化而变化。磁头采用分离式设计,由感应磁头写,磁致电阻磁头读。

    记录过程在硬磁盘中写入信息,采用的是感应式薄膜磁头,即用的是高磁感应强度的薄膜材料加平板印刷工艺的磁头结构。磁头缝隙小于0.1um,切向记录长度小于0.076um。磁头宽度较大,道间距也较大,道密度和位密度有很大差别, 目的是为了使磁头场具有较大的均匀区,减小介质不均匀磁化带来的噪声。目前硬盘记录中的位间距已经很小,进一步增大记录密度,除提高材料性能外,主要是采用先进制造技术按比例缩小缝隙长度和磁道宽度。较窄的磁道和较小的缝隙将使记录磁场变小。此外,提高记录介质的各向异性常数,就能提高介质的矫顽力,改善高密度记录时的热稳定性。

    读出过程读出过程采用巨磁电阻GMR(GianMagneto Resistance)磁头,包括磁性自旋阀(MagneticSpin Valve)与磁性隧道结(Magnetic Tunnel Junction)结构。磁性自旋阀结构为三明治式,即在两个低矫顽力磁性层中间夹一个非磁性材料层。其中一个磁性层被另外一层反铁磁层(FeMn等)所固定,称为固定层,另一磁性层为自由层。磁性隧道结结构与磁性自旋阀相似,差别为有一层超薄的“绝缘”非磁性材料(AI203等)分割磁性自由层和固定层。在目前的各种高性能硬磁盘驱动器中,巨磁电阻磁头应用较广的是以电流方向在平面内的CIP(Current.In.Plane)型磁头,尤其是采用纳米氧化层的CIP.GMR薄膜,面记录密度可达200Gb/in2。进一步研制电流垂直于平面的巨磁电阻薄膜CPP—GMR。采用CPP.GMR磁头和垂直记录技术,可实现300Gb/in2的记录密度。

 

近日瑞士研究人员报告说,找到了极大提高磁存储速度的方法,有望让计算机在不久的将来用上高速的磁内存,从而大大减少计算机启动时间。

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自从国际商用机器公司(IBM)于1956年推出第一个磁盘存储器以来,磁存储器因其长寿命和低成本的优势,一直被用来存储信息,比如作为计算机的硬盘。传统磁存储器通过带电线圈产生的磁场变化来改变存储介质的磁性,从而实现存储信息,但其速度跟不上越来越快的计算机处理器,难以用作对速度要求高的内存。

 

瑞士苏黎世联邦理工大学材料系教授彼得罗·甘巴尔代拉领导的团队在新一期英国《自然·纳米技术》杂志上发表报告说,利用被称为“自旋轨道转矩”的物理现象,可以不用通电线圈,仅用通电的特殊半导体薄膜材料就能改变存储介质的磁性,从而实现磁存储。

 

该团队用新方法改变了一个直径约500纳米的钴金属点的磁性,发现在给其附近的导线通电后,在不到1纳秒的时间内,钴金属点的磁性就发生了改变。并且钴金属点可如此反复经历上万亿次的磁性变化,说明它可成为高速且耐用的存储介质。与传统线圈方式的磁存储器相比,新方法不仅速度快,还不会因为线圈的电阻而消耗能量,能效更高。

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研究人员说,这一新技术有望让计算机的内存用上磁存储器。目前许多计算机的内存采用电存储器,关机断电后内存中的信息就会被清空,因此重新开机时需要较长时间。而磁存储可以在断电后仍然保留数据,因此如果计算机用上磁内存,有望大大减少开机启动的时间。


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