La technologie de mémoire magnétique à accès aléatoire (MRAM) offre un potentiel substantiel vers une architecture de mémoire universelle de nouvelle génération. Cependant, les MRAM de pointe sont encore fondamentalement contraintes par une limitation de vitesse inférieure à la nanoseconde, qui est restée un défi scientifique de longue date dans la R&D en spintronique. Dans ce projet de double doctorat, Luding Wang a démontré expérimentalement un dispositif bloc de construction opto-MRAM picoseconde entièrement fonctionnel, en intégrant la photonique ultrarapide à la spintronique.

Goulets d'étranglement du développement MRAM

Avez-vous déjà vécu un arrêt inattendu de votre ordinateur, perdant des documents au cours du processus sur lesquels vous avez passé des heures à travailler ? La technologie de mémoire magnétique à accès aléatoire (MRAM) se concentre sur la manipulation du spin électronique pour faire face à un tel problème technique. A l'intérieur des bits MRAM, les données sont écrites en changeant la direction des nano-aimants. Ainsi, la MRAM permet de sauvegarder les données de manière durable lorsque l'alimentation est coupée, les ordinateurs de démarrer plus rapidement et les appareils consomment moins d'énergie.

Au cours des 25 dernières années, deux générations majeures de MRAM ont été inventées et mises sur le marché. Les premières MRAM utilisent un champ magnétique pour écrire les bits, tandis que les MRAM de pointe implémentent une méthode basée sur le courant de spin. Cependant, le processus d'écriture de données de ces MRAM a été entravé par un défi de longue date :la vitesse est limitée au régime de la nanoseconde et consomme beaucoup d'énergie.

Intégration photonique ultra-rapide

Dans cette thèse, Luding Wang du groupe de recherche Physique des Nanostructures du département de Physique Appliquée intègre un développement rapide dans le domaine de la photonique ultrarapide, le laser femtoseconde (fs) :le stimuli le plus rapide disponible commercialement pour l'humanité pour briser la limitation de vitesse de la nanoseconde , et ainsi le rendre mille fois plus économe en énergie.

Dans ce projet de double doctorat, des chercheurs de l'Université de technologie d'Eindhoven (TU/e) dirigés par le prof. dr. Bert Koopmans, et le Fert Beijing Institute de l'Université Beihang dirigé par le prof. dr. Weisheng Zhao, ont montré la première preuve de concept de cette mémoire spintronique-photonique en utilisant un état d'esprit interdisciplinaire.

Mémoire hybride optique-MRAM

Inspiré par les schémas de commutation tout optique (AOS) induits par laser femtoseconde dans les multicouches ferrimagnétiques synthétiques découverts par TU/e ​​en 2017, son intégration avec le bit MRAM est apparue comme une voie compétitive vers la conception MRAM de nouvelle génération. De son doctorat. recherche, Wang rend compte de la conception et de la caractérisation d'un tel dispositif d'opto-mémoire "hybride", appelé une cellule binaire opto-MRAM. Il montre une vitesse d'écriture record du monde de 20 picosecondes (ps), soit 1 à 2 ordres de grandeur au-delà des MRAM de pointe actuelles, avec une efficacité énergétique améliorée (≈ 100 femtojoules pour commuter un 50 × 50 bit de taille nm2).

Ce premier pas vers le développement d'une "opto-MRAM" est un début très prometteur vers une mémoire photonique non volatile unique. Il permet une conversion directe des informations optiques en informations magnétiques, sans étapes intermédiaires de conversion électronique coûteuses en énergie. De plus, les résultats expérimentaux représentent une avancée importante pour stimuler de nouvelles études scientifiques fondamentales qui combinent les domaines de la spintronique et de la photonique. + Explorer plus loin

Démonstration d'une cellule mémoire SOT-MRAM haute vitesse compatible avec la technologie Si CMOS 300 mm