Energetická diéta pre pracovnú pamäť Dočasné uloženie vďaka platinovej vrstve; Zabudovaný hardvér;
Prototyp nového pamäťového čipu pozostáva z tenkej vrstvy oxidu chrómu na ukladanie, na ktorú je na čítanie nanesená ultratenká platinová vrstva.
Počítač nemôže fungovať bez hlavnej pamäte. Elektrické pamäťové čipy, ktoré sú dnes bežné, majú však vysokú energetickú náročnosť. Vedci z Drážďan a Bazileja položili základy nového konceptu pamäťových čipov: Hlavnú pamäť položili na energetickú stravu.
Čisto elektrické pamäťové čipy, ktoré sa v súčasnosti používajú, sú volatilné pamäte. Musia neustále obnovovať svoj stav, čo si podľa Tobiasa Kosuba, prvého autora štúdie a postdoktorátu na Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR), vyžaduje veľa energie. Následky pocítia okrem iného dátové centrá. So zvyšujúcim sa výkonom sa zvyšujú aj vaše účty za elektrinu a čipy sa vďaka ich energetickým požiadavkám čoraz viac zahrievajú. Pre dátové centrá je ťažké rozptýliť teplo. Aby sa tomuto problému vyrovnalo, niektorí cloudoví operátori dokonca zachádzajú tak ďaleko, že svoje počítačové farmy založili v chladných oblastiach.
Existuje však alternatíva k elektrickým pamäťovým čipom: MRAM (magnetorezistívna pamäť s náhodným prístupom) ukladá vaše údaje magneticky, a preto sa nemusia neustále obnovovať. Na zápis údajov do pamäte sú však potrebné pomerne veľké prúdy. Vysoké prúdy však spoľahlivosť minimalizujú. „Ak dôjde k poruchám v procese písania alebo čítania, hrozí ich príliš rýchle opotrebenie a zlomenie,“ vysvetľuje Kosub ďalšie riziko vzniku MRAM.
Namiesto elektriny elektrické napätie
Profesionálny svet už nejaký čas pracuje na alternatívach MRAM. Zvlášť nádejná sa javí trieda materiálov nazývaná magnetoelektrické antiferromagnety. Namiesto elektriny sa aktivujú pomocou elektrického napätia. Podľa Dr. Denys Makarov, vedúci skupiny HZDR, nemôže materiály jednoducho ovládať. „Je ťažké zapísať na ne údaje a znova ich načítať,“ vysvetľuje Makarov. Doteraz sa predpokladalo, že magnetoelektrické antiferromagnety sa dajú čítať iba nepriamo prostredníctvom feromagnetov, čo neguje mnoho výhod. Cieľom je teda vytvoriť čisto anti-feromagnetickú magnetoelektrickú pamäť (AF-MERAM).
To je presne to, čo teraz dosiahli výskumné tímy z Drážďan a Bazileja. Vyvinuli prototyp AF-MERAM založený na tenkej vrstve oxidu chrómového označeného ako plátok. Je osadený medzi dvoma elektródami tenkými nanometrami. Ak je na vrstvu privádzané napätie, oxid chromitý sa „preklopí“ do iného magnetického stavu - bit sa zapíše. Je dostatočné napätie niekoľkých voltov. „V porovnaní s inými konceptmi sa nám podarilo znížiť napätie o faktor 50,“ vysvetľuje Kosub. „To nám umožňuje písať trochu bez toho, aby komponent spotreboval veľa energie a zahrial sa.“ Obzvlášť veľkou výzvou bolo dokázať znovu načítať napísaný bit.
Fyzici za týmto účelom naniesli na oxid chrómu nanometrovú vrstvu platiny. Platina umožňuje čítanie pomocou špeciálneho elektrického javu - anomálneho Hallovho javu. Skutočný signál je veľmi malý a je superponovaný interferenčnými signálmi. Vedci však dokázali vyvinúť metódu, ktorá potláča búrky rušivých signálov a umožňuje prístup k užitočnému signálu.
„Doteraz materiál pracoval pri izbovej teplote, ale iba v malom okne,“ vysvetľuje Kosub. Rozsah sa však má podstatne rozšíriť špecifickou zmenou oxidu chrómu. Dôležitým spôsobom k tomu prispievajú kolegovia zo Švajčiarskeho inštitútu pre nanovedy a katedry fyziky na univerzite v Bazileji. Vyvinuli ste novú metódu, pomocou ktorej je možné magnetické vlastnosti oxidu chrómu po prvýkrát mapovať na nanomere. Odborníci chcú tiež integrovať niekoľko pamäťových prvkov do jedného čipu. Doteraz bol implementovaný iba jeden prvok, s ktorým je možné uložiť iba jeden bit. Ďalším krokom - a dôležitým v možnej aplikácii - je zostavenie poľa z niekoľkých prvkov. „Takéto pamäťové čipy by sa v zásade mohli vyrábať pomocou obvyklých postupov výrobcu počítača,“ hovorí Makarov. Tento proces je preto veľmi zaujímavý aj pre priemysel.