近年來，市場已經開發出用於運算設備的新型記憶體，用以來解決傳統動態隨機存取記憶體 （DRAM） 的限制。在這些新型記憶中，MRAM 具有非揮發性、高速、更大的儲存容量，和更高的耐用性等關鍵優勢脫穎而出。不過，減少資料寫入過程中的能耗，依然是 MRAM 的關鍵挑戰。
根據外媒報導，日本大阪大學的研究人員在 《Advanced Science》上 發表的一項研究中，介紹了一項突破性的 MRAM 技術，可顯著降低寫入過程中的能耗情況。這種方法採用電場的系統來取代傳統的電流的寫入方法，減少了能耗需求，以進一步將 MRAM 定位為傳統 DRAM 的有潛力替代方案。
報導指出，傳統的 DRAM 裝置具有由電晶體和電容所組成的基本儲存單元。然而，儲存的資料是易失性的，這代表著需要輸入能量來保留資料。相較之下，MRAM 使用的是磁性狀態來寫入和儲存數據，從而達成非揮發性數的儲存。對此，研究人員指出，由於 MRAM 裝置依賴非揮發性磁化狀態，而不是電容器中的易失性充電狀態。因此，就待機狀態下的低功耗而言，MRAM 是 DRAM 的有潛力的替代方案。
目前的 MRAM 通常需要電流來切換磁性通道介面的磁化向量，類似切換 DRAM 元件中電容器的充電狀態，以進一步儲存資料。然而，在寫入過程中需要大電流來切換磁化向量，這會導致不可避免的熱量產生，進而使得能量消耗。而為了解決這個問題，研究人員開發了一種用於 MRAM 裝置的電場控制新元件。關鍵技術是具有可透過電場切換磁化向量的多鐵異質結構，其對電場的反應基本上用逆磁電（CME）耦合係數來顯示，數值越大表示磁化響應越強。
研究人員先前採用了一種多鐵異質結構，其 CME 耦合係數超過 10 ̄⁵ s/m。然而，鐵磁層（Co 2 FeSi）部分的結構波動使得達成所需的磁各向異性變得困難，進而阻礙了可靠的電場運作。為了提高這種結構的穩定性，研究人員開發了一種新技術，在鐵磁層和壓電層之間插入超薄釩金屬曾。透過插入釩金屬層達成了清晰的介面，從而可靠地控制了 Co 2 FeSi 層中的磁各向異性。此外，CME 效應達到的數值，相較不包含釩金屬層的類似裝置所達到的數值更大。
報導指出，透過改變電場的操作，可以在零電場下可靠地達成兩種不同的磁態。這代表著可以在零電場下達成非揮發性二元狀態。研究人員強調，透過對多鐵異質結構的精確控制，滿足了實用磁電 (ME)-MRAM 裝置的兩個關鍵要求，即零電場的非揮發性二元態和龐大的CME 效應。如此，未來製造商能夠開發 ME-MRAM，這是一種低功耗寫入技術，適用於需要持久且安全記憶體的各種應用。
(首圖來源：Toshiba)
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