激光磁存速度提升千倍
6 月 15 日讯,媒体披露,日本量子科学技术研究开发机构团队研发出一款可通过激光直写的新型磁性存储材料。
该材料的数据切换速度达到传统电流驱动磁存储器的近千倍,有望应用于下一代 AI 芯片与高速信息系统,大幅削减数据中心能耗。
目前主流磁存储依靠通入电流改变材料磁化方向完成数据写入,虽具备断电存数据的优势,但写入速率存在瓶颈,且电流发热会带来额外功耗。
伴随 AI 业务与大型数据中心用电规模持续扩张,该缺陷带来的压力愈发凸显。
针对这一痛点,研究团队深耕全光磁翻转技术,改用激光替代电流调控磁化状态。过往该效应仅能在亚铁磁材料中观测到,但这类材料读取性能偏弱,
无法满足稳定数字存储的商用标准。
钴铁硼(CoFeB)合金是商用磁存储的核心材料,读取表现优异,却一直被认定无法实现光控磁翻转。
研究人员创新设计钴、钆搭配 CoFeB 薄膜的人工亚铁磁堆叠结构,层与层之间依靠反铁磁交换耦合相连。
团队精准调控各薄膜原子级厚度、优化多层膜整体构型,最终仅依靠单束飞秒激光脉冲,就能稳定、反复切换材料磁态,材料可支持多次循环读写。
研发人员表示,本次突破落地于成熟 CoFeB 体系,相较过往仅停留在实验样品的光控磁翻转技术实用价值更高;
该材料与现有磁隧道结工艺兼容度高,便于整合进现有存储硬件架构。
实验阶段,研究团队依托日本四代同步辐射光源 NanoTerasu,借助 X 射线磁圆二色谱解析材料自旋排布与层间耦合作用,
从原子层面厘清多层膜内部机理,为新材料研发奠定理论支撑。
团队指出,该技术不止停留在实验室成果。高速低功耗存储能够有效缓解 AI 时代数据中心、高性能算力设备电力消耗激增的成本难题。
长远来看,这款新材料还可充当光电转换接口,打通光互联与电子电路,加速光电器件与硅基芯片一体化融合,预计未来十年有望落地商用。
