日本科學家突破技術瓶頸，打造超高效能「通用記憶體」

日本研究團隊近日成功研發出一種新型「通用記憶體」，這項技術不僅運作速度更快，能源消耗也遠低於現今頂級筆電和個人電腦所使用的記憶體模組。這項突破性進展有望為商業運算帶來更強大的效能，同時延長使用壽命。

磁阻式隨機存取記憶體（MRAM）是一種能夠克服傳統RAM某些限制的通用記憶體裝置。傳統RAM在需求高峰時可能會因容量相對較低而減速，而MRAM則結合了現有RAM的速度和儲存裝置在斷電情況下仍能保留資訊的能力。與現今電腦和智慧裝置中使用的元件相比，MRAM提供了更高的速度、更大的容量以及更好的耐用性。

這項新技術在運作速度和容量上都優於傳統RAM，同時克服了資料寫入時高功率需求的問題，這一直是MRAM面臨的挑戰。MRAM裝置在待機狀態下消耗的電力很少，但需要大量電流來切換磁性隧道結的磁化向量配置方向，從而利用磁化方向來表示電腦中的二進位制值。這使得MRAM在大多數計算系統中的應用變得不可行，因此需要一種更高效的方法來切換這些向量。

在2024年12月25日發表於《Advanced Science》期刊的論文中，研究人員報告了開發出一種用於控制MRAM裝置中電場的新元件。他們的方法在切換極性時所需的能量遠少於以往，從而降低了功率需求並提高了處理速度。

研究團隊所打造的原型元件被稱為「多鐵性異質結構」，它由鐵磁材料和壓電材料組成，並在兩者之間夾有一層超薄的釩。這與其他沒有釩層的MRAM裝置不同。鐵磁層中的結構波動意味著在以往的MRAM裝置中難以保持穩定的磁化方向。為瞭解決這一穩定性問題，鐵磁層和壓電層之間的釩晶片充當了兩者之間的緩衝。

透過在材料中通電，科學家們展示了磁態可以切換方向。這些材料能夠保持其形狀和結構，這是先前版本無法做到的。此外，在電荷消失後，磁態仍能保持，從而允許在不供電的情況下維持穩定的二進位制狀態。

該研究並未涵蓋切換效率隨時間的退化問題，這是許多電子裝置普遍存在的問題。例如，家用充電電池常見的抱怨是它們只能充電一定次數（約500次）後容量就會下降。

最終，這項新的MRAM技術有望實現更強大的商業運算，同時提供更長的使用壽命。科學家們表示，這是因為新的切換技術所需的電力遠少於以往的解決方案，具有比現有RAM技術更高的韌性，並且不需要移動部件。