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清大研發「夢幻記憶體」,登上國際《自然材料》頂尖期刊

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(清大材料系賴志煌教授(中)與物理系林秀豪教授(右)指導材料所博士生林柏宏(左)研發磁性記憶體。 國立清華大學提供)

科技

晶新聞 編輯室 綜合報導

2019-0318

國立清華大學發布訊息,清大材料系賴志煌教授、物理系林秀豪教授團隊,成功利用電子自旋流取得了新一代MRAM(磁阻式隨機存取記憶體)的革命性突破,創造出讀寫速度更快、更省電、斷電時資訊也不流失的「不失憶記憶體」,將成為記憶體的明日之星。

這項被譽「夢幻記憶體」的研發成果,登上了最新一期的國際頂尖期刊《自然材料》(Nature Materials),論文影響係數高達39.2。透過科技部半導體射月計畫的連結,也可望大幅提升國內記憶體產業的競爭力。

新一代磁性記憶體更小更省電 賴志煌教授說明,目前普遍使用的DRAM記憶體是利用電子的電荷來記憶,記憶單元具有電荷代表1,沒有則是0,記憶體必須一直充電,才不會失去原有的1與0訊息。過去DRAM的尺寸微縮遵循摩爾定律,每18個月縮小一半,但元件愈做愈小以後,摩爾定律逐漸失效,體積再難縮小。

當二磁鐵的磁矩方向相同,自旋電子容易通過,形成低電阻代表1。磁矩方向相反時,變成高電阻,代表0。 但這些小磁鐵在室溫下因熱能的關係並不穩定,科學家又想出辦法,「黏」上一層反鐵磁層,把磁鐵的磁矩方向鎖釘住,就像把夾子夾緊固定。

電子自旋流成為研究突破關鍵 學材料的賴志煌教授與專精理論物理的林秀豪教授帶著博士生林柏宏、楊博元組成的跨領域團隊,經過不斷實驗嘗試,終於取得重大突破,找到了靈活控制磁鐵夾子的方法,就是在磁鐵結構上再加一層薄僅幾奈米的白金,利用它的自旋軌道偶合作用產生自旋流,就能快速又準確地翻轉被固定住的小磁鐵。

但這看似簡單卻有效的辦法,過去為何沒有科學家想到?這也讓賴志煌教授在投稿國際期刊時吃了不少苦頭,甚至還被懷疑是否為實驗受到熱源影響的「誤會」,他們只能拿出更強而有力的鐵證,及比最終刊出論文還長十倍的論述來佐證,終於得到學界頂尖期刊的認可。

三星、英特爾、台積電等國際大廠近年紛紛投入MRAM的開發研究,業界預估今年即將有高密度的MRAM量產。清華團隊成功以電子自旋流來操控鐵磁-反鐵磁奈米膜層的磁性翻轉,則可望成為新一代MRAM的核心技術。

清大近年強推跨領域合作,材料專長的賴志煌教授與物理學家林秀豪教授的合作取得亮眼成果即是明證。目前研究團隊將此突破性的發現,應用到其它結構的奈米膜層,陸續發現更多具影響力的結果,除了學術的貢獻外,將對於國內記憶體產業發展有決定性的影響力。

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