永續SOT - MRAM記憶體技術：未來電腦架構快取記憶體的潛在替代方案

每當我們將圖片上傳到依賴資料中心和雲端儲存的社群媒體時，會消耗多少能源呢？目前，資料中心約佔全球能源消耗的1%，每年耗電量高達200太瓦時。如此巨大的能源需求促使研究人員探索創新方法以降低能源使用。

德國美因茨約翰內斯·古騰堡大學（JGU）的一組科學家與法國磁性隨機存取記憶體公司Antaios密切合作，在記憶體技術領域達成了一項重大目標。他們基於自旋軌道轉矩（SOT）磁性隨機存取記憶體（MRAM）的創新成果，為資料處理和儲存提供了高效且強大的解決方案，這對於從智慧型手機到超級電腦等各類技術而言，都是一項具有變革性的進展。

美因茨約翰內斯·古騰堡大學物理研究所的前博士後研究員拉胡爾·古普塔博士表示：「這款原型產品獨一無二，可能會徹底改變資料儲存和處理方式。它符合全球降低能源消耗的目標，並為更快、更高效的記憶體解決方案鋪平了道路。」古普塔博士也是最近發表在《自然通訊》上的該研究論文的主要作者。

與靜態隨機存取記憶體相比，SOT - MRAM在能源效率、非揮發性和效能方面表現卓越，使其成為替代電腦架構中快取記憶體的有力候選者。這項先進技術利用電流切換磁性狀態，實現可靠的資料儲存。

然而，一個關鍵挑戰在於降低寫入過程中所需的高輸入電流，同時確保與工業應用相容。這包括維持足夠的熱穩定性，以便將資料儲存超過10年，並將儲存任務所需的能源降至最低。

美因茨約翰內斯·古騰堡大學和Antaios的研究人員透過利用先前被忽視的軌道電流，開發出一種獨特的磁性材料，其中包含釕等元素作為SOT通道——這是SOT MRAM的基本組成部分——從而顯著提升了效能。他們的創新之處在於：

這項突破利用了所謂的軌道霍爾效應（OHE），在不依賴稀有或昂貴材料的情況下實現了更高的能源效率。傳統上，SOT - MRAM依賴電子的自旋特性，透過自旋霍爾效應將電荷電流轉換為自旋電流。這個過程需要具有高自旋軌道耦合的元素，通常是稀有且昂貴、往往對環境不友好的高原子序元素，如鉑和鎢。

古普塔博士解釋道：「相比之下，我們的方法透過軌道霍爾效應利用從電荷電流衍生而來的軌道電流，利用了一種全新的基本現象，消除了對昂貴和稀有材料的依賴。」

古普塔博士進一步表示，透過將這種創新方法與最前沿的工程技術相結合，團隊開發出了一種可擴充套件且實用的解決方案，隨時可整合到日常技術中。這項研究體現了科學進步如何應對我們這個時代一些最緊迫的挑戰。隨著全球能源消耗持續增加，像這樣的突破凸顯了技術在創造更永續未來方面的關鍵作用。

美因茨約翰內斯·古騰堡大學專案協調人馬蒂亞斯·克勞伊教授強調，他對與法國Antaios公司馬克·杜羅博士團隊的成功合作感到興奮。他說：「我很高興這次合作產生了這個令人興奮的裝置概念，從基礎科學的角度來看，它不僅引人入勝，而且可能對綠色資訊技術產業產生影響。」

「透過發現創新的物理機制，開發更高效的技術以降低功耗，是我們研究的目標之一。」