磁自旋(magnetic spin)神奇的地方在于,它不会取代原子,能让硬盘上壁垒式的磁畴(walled domains)在1与0之间切换,又没有最终会让快闪位元单元耗损的疲乏机制(fatigue mechanisms)。目前的固态非挥发性存储器如快闪存储器、铁电存储器(FRAM),甚至是实验性的电阻式存储器(resistive RAM),寿命都有极限;IBM声称,该公司所研发的赛道(racetrack)存储器,集合了固态存储器以及硬盘机存取机制的优点。

       "赛道存储器的关键优势,在于不会移动原子──这是为何快闪存储器、铁电存储器甚至电阻式存储器会耗损,因为它们扰乱了物质的状态。"IBM旗下 Almaden研究中心院士Stuart Parkin表示:“在赛道存储器中,原子不会被移动,我们所做的是转动自旋(rotating the spin),并不会造成交互作用或是导致任何疲乏与耐久性问题;我们可以无限次地读取、写入或抹除赛道存储器。”

      所谓的“赛道”之原理,是在绝缘基板上制作一个奈米线循环(nanowire loop);沿着该赛道,包括一个传授(imparting)磁自旋的写入头,一个读出自旋状态的读取头,以及将位元沿着赛道转换至下一值(next value)的脉冲产生器。实际上,每个赛道就象是硬盘机上的单一磁道──除了不以旋转磁碟的方式来读取下一值,磁畴之间的壁垒也转变成环绕着该封闭回 路,以响应电流脉冲。

      透过一款精心打造的仪器,现在IBM已经能详细描述磁畴壁能够环绕磁道的确切机制,并收集最终能让IBM将赛道存储器商业化的参数资料。在该公司研 究团队惊人的发现中,尽管“赛道”上并没有原子环绕,环绕着该赛道的磁畴壁仍拥有惯性与动能──就像它们是有质量的。“我们现在更加了解电子 (electrons)是如何传递动能给磁畴壁。”Parkin表示。

      IBM所研发的赛道存储器,将磁畴壁沿着一条奈米线移动,就像它们绕着奈米线“赛道”竞速

      如果赛道上显示出真正的无质量运动(mass-less motion),将意味着磁畴壁环绕着该赛道的近瞬移动(nearly instantaneous movement)是对电流脉冲的回应。但研究人员反而在脉冲开始时发现了一个显著的延迟(数奈秒),在脉冲停止时又有一个同等级的微米(micron) 级明显过冲(overshoot);幸好这两种效应互相抵销了。

   “我们发现,磁畴壁在电流脉冲开始时会花一些时间开始移动,但那些时间又会在电流脉冲结束时,被带着它们停止移动的距离所互补──所以它们移动的总 距离是一样的。"Parkin表示:"要将磁畴壁沿着赛道移动一段特定距离,我们要做的就只有提供一道长度与该距离成正比的电流脉冲。”

      接下来,该研究团队将试图在单晶片上建置一个整合读取/写入与转换电路的完整水平式赛道,如此将达到密度是目前快闪存储器10倍的存储器芯片。一旦 这种水平式技术成功,研究团队将进一步在芯片上以10微米的厚度垂直排列微缩的赛道;这种垂直式的赛道存储器密度可望再扩充100倍,使这种固态存储器容 量能与硬盘机媲美。

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