Персоналии

Базовым элементом микромагнитных устройств являются слоистые спин-вентильные структуры. Малые размеры, совместимость с КМОП-технологией, хорошая масштабируемость и разнообразные режимы работы делают спин-вентильные структуры универсальным компонентом современной микроэлектроники. Цель настоящей работы - анализ, систематизация и обобщение сведений по теоретическим основам функционирования, экспериментальным данным и применению спиновых вентилей. В работе рассмотрены накопители на жестких магнитных дисках, магниторезистивная память с произвольным доступом, спин-трансферные наноосцилляторы, магнитные биосенсоры, а также различные вычислительные системы, работающие по принципам стохастической и детерминированной логики. Использованы ключевые теоретические работы, посвященные гигантскому магнетосопротивлению и спиновому переносу. Систематизированы данные о различных типах считывающих головок жестких дисков, проведено сравнение их архитектуры и параметров. Показано, как современные научные исследования наномагнитных явлений ускоряют темпы роста плотности записи. Проведен анализ современных исследований, посвященных магниторезистивной памяти с произвольным доступом. Обсуждены проблемы энергоэффективности и увеличения степени интеграции для данных устройств. Рассмотрены последние достижения в области материалов, геометрии и свойств спин-трансферных наноосцилляторов, а также проблемы и перспективы развития данной технологии. Проведен анализ теоретических и экспериментальных работ, в которых спин-вентильные структуры задействованы для выполнения логических операций булевой и небулевой логик. Показано, как вероятностный характер неустойчивого переключения спиновых вентилей используется в работе нетрадиционных вычислительных систем, а именно нейроморфных или байесовских сетей. Рассмотрены принципы работы спиновых вентилей в качестве магнитных биосенсоров и обсуждены преимущества их применения.

• Просмотров: 489 | Комментариев : 0

Магниторезистивная память с произвольным доступом (magnetoresistive random-access memory - MRAM) имеет преимущества перед другими видами памяти. Однако у MRAM есть существенный недостаток: значения плотности тока и магнитного поля, которые нужно приложить для переключения свободного слоя спинового вентиля, входящего в состав ячейки памяти MRAM, слишком велики. Проанализирована зависимость плотности тока и магнитного поля переключения от магнитных параметров материала, из которого изготовлены ферромагнитные слои спинового вентиля. Сопоставление критических характеристик спинового вентиля с продольной анизотропией ферромагнитных слоев, выполненных на основе различных материалов, показало, что перспективными материалами для изготовления спинового вентиля являются кобальт, железо и их сплавы, ферробораты кобальта, а также сплавы кобальта с гадолинием. Для этих материалов построены и проанализированы бифуркационные диаграммы уравнений, описывающих процесс переключения вентиля. На основании проведенного исследования динамики вектора намагниченности выбраны четыре оптимальных режима его переключения. Выполнено сравнение величин внешнего магнитного поля и управляющего тока инжекции, отвечающих устойчивому переключению ячейки памяти MRAM для различных материалов. Проведены численные оценки времени переключения ячейки памяти MRAM и определены условия ее оптимального быстродействия. Установлено, что наиболее подходящие материалы для изготовления спинового вентиля - FeCoB и CoGd, прошедшие отжиг при температурах 300 и 200 °С соответственно.

• Просмотров: 1363 | Комментариев : 0

Слоистые спин-вентильные структуры применяются в таких микроэлектронных устройствах, как магниторезистивная память с произвольным доступом, различные спин-трансферные наноосцилляторы и бинарный стохастический нейрон, используемый для реализации вероятностной спиновой логики. Выбор базовых режимов работы спинового вентиля для этих микроэлектронных устройств является актуальной задачей. В работе рассмотрена математическая модель спинового вентиля квадратного поперечного сечения с продольной анизотропией, помещенного в магнитное поле, перпендикулярное оси анизотропии и плоскости слоев. С помощью качественного анализа полученной системы уравнений, описывающей динамику вектора намагниченности свободного слоя спинового вентиля, определены равновесные распределения намагниченности свободного слоя для спин-вентильной структуры. Бифуркационный анализ динамической системы уравнений выявил условия смены типа особых точек системы. Проведенное исследование динамики вектора намагниченности свободного слоя спинового вентиля позволило выбрать основные режимы его работы в качестве составляющей магниторезистивной памяти, спин-трансферного наноосциллятора и бинарного стохастического нейрона. Определены диапазоны магнитного поля и тока, соответствующие оптимальным параметрам работы данных устройств, включая частотные и амплитудные характеристики спин-трансферных наноосцилляторов и характеристики быстродействия переключательных элементов.

• Просмотров: 761 | Комментариев : 0

Магниторезистивная память с произвольным доступом (MRAM) имеет значительные преимущества перед уже существующими типами памяти. Исследование динамики вектора намагниченности свободного слоя MRAM в приближении Стонера - Вольфарта сводится к анализу нелинейной динамической системы трех уравнений. Для упрощения нелинейной динамической системы трех уравнений изучено влияние вида функции токового члена Слончевского - Берже на динамику вектора намагниченности при переключении ячейки магниторезистивной памяти с произвольным доступом. С этой целью проведено разложение токового члена в ряд Тейлора в окрестности особых точек динамической системы. При этом в зависимости от числа учтенных членов разложения Тейлора получен набор динамических систем, которые изучались методами качественного анализа. Проанализированы относительные погрешности вычислений токового члена при разложении его в ряд Тейлора от нулевой до четвертой степени. Найдены особые точки системы уравнений, описывающих динамику намагниченности трехслойной структуры Co/Cu/Co для различных токовых членов. Построены и проанализированы бифуркационные диаграммы динамической системы. При расчетах динамики вектора намагниченности вентильной структуры, а также критических токов и полей переключений ячейки MRAM допустимо использовать разложение в ряд Тейлора токового члена Слончевского - Берже до четвертой степени и выше.

• Просмотров: 1200 | Комментариев : 0

Современные микроэлектронные устройства, в основе архитектуры которых лежат слоистые спин-вентильные структуры, отличаются малым энергопотреблением, высокой надежностью и широким температурным диапазоном. Изучение динамических режимов спинового вентиля и исследование возможностей управления этими режимами представляют практический интерес. В работе рассмотрены режимы работы спинового вентиля, которые являются базовыми для магниторезистивной памяти с произвольным доступом (MRAM), бинарного стохастического нейрона (p-bit) и различных спин-трансферных наноосцилляторов (STNOs). Построена математическая модель спинового вентиля с продольной анизотропией, помещенного в магнитное поле, перпендикулярное оси анизотропии и параллельное плоскости слоев. Получена система уравнений, описывающих динамику вектора намагниченности свободного слоя спинового вентиля. Качественный анализ системы уравнений позволил определить равновесные положения намагниченности свободного слоя для спин-вентильной структуры. На основании проведенного бифуркационного анализа динамической системы уравнений найдены условия смены типа особых точек системы. Исследование динамики вектора намагниченности свободного слоя спинового вентиля позволило выявить основные режимы его работы в качестве составляющей магниторезистивной памяти, бинарного стохастического нейрона и спин-трансферного наноосциллятора и определить диапазоны тока и магнитного поля, соответствующие данным режимам. Для спин-трансферных наноосцилляторов рассчитаны частотные и амплитудные характеристики. Предложенная структура с планарной анизотропией, помещенная в поле, перпендикулярное оси анизотропии, с точки зрения ее применения в качестве спин-трансферного наноосциллятора будет предпочтительнее структуры с полем, приложенным параллельно оси анизотропии.

• Просмотров: 1471 | Комментариев : 0