Experiment an der PTB

MRAMs so schnell schalten wie SRAMs

In der PTB konnte erstmals der physikalisch schnellstmögliche Schaltprozess einer magnetischen Speicherzelle realisiert werden. Mit Hilfe eines ballistischen Schaltprozesses könnten nichtflüchtige Magnetspeicher genauso schnell arbeiten wie die schnellsten flüchtigen Speicherbauteile.

Die neueste Generation der MRAM (Magnetic Random Access Memory) basiert auf dem so genannten Spin-Torque-Effekt. Er erlaubt die Richtung der Magnetisierung der Speicherzelle durch einen Strompuls durch die Zelle einzustellen und so den Speicher zu programmieren. Da Spin-Torque-MRAM auch eine sehr hohe Speicherdichte versprechen, wird weltweit intensiv an ihrer Entwicklung gearbeitet.

Ein Strompuls durch eine Spin-Torque-Speicherzelle bewirkt eine Kreiselbewegung der Magnetisierung („Präzession“). Zum zuverlässigen Umschalten der Magnetisierung – und damit zum Programmieren des magnetischen Bit – mussten bislang stets mehrere dieser Präzessionsumdrehungen durchlaufen werden. Entsprechend dauert die Programmierung eines magnetischen Bit in einem heutigen MRAM-Prototypen etwa 10 Nanosekunden.

In dem PTB-Experiment konnte nun gezeigt werden, dass die Magnetisierung der Speicherzelle schon durch eine einzige Präzessionsumdrehung zuverlässig umgekehrt werden kann. Somit konnten die Forscher den physikalisch schnellstmöglichen Spin-Torque-Schaltvorgang realisieren. Im Experiment gelang ihnen dieses so genannte ballistische Schalten der Magnetisierung durch geschickte Wahl der Parameter des Strompulses in Kombination mit einem leichten statischen Magnetfeld.

Durch ballistisches Schalten könnten sich zukünftige Spin-Torque-MRAMs mit Strompulsen von deutlich unter einer Nanosekunde programmieren lassen. Damit hätte man einen nichtflüchtigen Speicherchip mit hoher Speicherdichte zur Verfügung, der in der Taktrate mit den schnellsten flüchtigen Speicherbauteilen, den SRAM, konkurrieren könnte. (dsc)