IBM賽道（tracetrack）存儲器研制進(jìn)入沖刺階段

磁自旋(magnetic spin)神奇的地方在于，它不會(huì )取代原子，能讓硬盤(pán)上壁壘式的磁疇(walled domains)在1與0之間切換，又沒(méi)有最終會(huì )讓快閃位元單元耗損的疲乏機制(fatigue mechanisms)。目前的固態(tài)非揮發(fā)性存儲器如快閃存儲器、鐵電存儲器(FRAM)，甚至是實(shí)驗性的電阻式存儲器(resistive RAM)，壽命都有極限;IBM聲稱(chēng)，該公司所研發(fā)的賽道(racetrack)存儲器，集合了固態(tài)存儲器以及硬盤(pán)機存取機制的優(yōu)點(diǎn)。

賽道存儲器的關(guān)鍵優(yōu)勢，在于不會(huì )移動(dòng)原子──這是為何快閃存儲器、鐵電存儲器甚至電阻式存儲器會(huì )耗損，因為它們擾亂了物質(zhì)的狀態(tài)。IBM旗下Almaden研究中心院士Stuart Parkin表示：在賽道存儲器中，原子不會(huì )被移動(dòng)，我們所做的是轉動(dòng)自旋(rotating the spin)，并不會(huì )造成交互作用或是導致任何疲乏與耐久性問(wèn)題;我們可以無(wú)限次地讀取、寫(xiě)入或抹除賽道存儲器。

所謂的賽道之原理，是在絕緣基板上制作一個(gè)奈米線(xiàn)循環(huán)(nanowire loop);沿著(zhù)該賽道，包括一個(gè)傳授(imparting)磁自旋的寫(xiě)入頭，一個(gè)讀出自旋狀態(tài)的讀取頭，以及將位元沿著(zhù)賽道轉換至下一值(next value)的脈沖產(chǎn)生器。實(shí)際上，每個(gè)賽道就象是硬盤(pán)機上的單一磁道──除了不以旋轉磁碟的方式來(lái)讀取下一值，磁疇之間的壁壘也轉變成環(huán)繞著(zhù)該封閉回路，以響應電流脈沖。

透過(guò)一款精心打造的儀器，現在IBM已經(jīng)能詳細描述磁疇壁能夠環(huán)繞磁道的確切機制，并收集最終能讓IBM將賽道存儲器商業(yè)化的參數資料。在該公司研究團隊驚人的發(fā)現中，盡管賽道上并沒(méi)有原子環(huán)繞，環(huán)繞著(zhù)該賽道的磁疇壁仍擁有慣性與動(dòng)能──就像它們是有質(zhì)量的。我們現在更加了解電子 (electrons)是如何傳遞動(dòng)能給磁疇壁。Parkin表示。

IBM所研發(fā)的賽道存儲器，將磁疇壁沿著(zhù)一條奈米線(xiàn)移動(dòng)，就像它們繞著(zhù)奈米線(xiàn)賽道競速

如果賽道上顯示出真正的無(wú)質(zhì)量運動(dòng)(mass-less motion)，將意味著(zhù)磁疇壁環(huán)繞著(zhù)該賽道的近瞬移動(dòng)(nearly instantaneous movement)是對電流脈沖的回應。但研究人員反而在脈沖開(kāi)始時(shí)發(fā)現了一個(gè)顯著(zhù)的延遲(數奈秒)，在脈沖停止時(shí)又有一個(gè)同等級的微米(micron) 級明顯過(guò)沖(overshoot);幸好這兩種效應互相抵銷(xiāo)了。

我們發(fā)現，磁疇壁在電流脈沖開(kāi)始時(shí)會(huì )花一些時(shí)間開(kāi)始移動(dòng)，但那些時(shí)間又會(huì )在電流脈沖結束時(shí)，被帶著(zhù)它們停止移動(dòng)的距離所互補──所以它們移動(dòng)的總距離是一樣的。Parkin表示：要將磁疇壁沿著(zhù)賽道移動(dòng)一段特定距離，我們要做的就只有提供一道長(cháng)度與該距離成正比的電流脈沖。

接下來(lái)，該研究團隊將試圖在單晶片上建置一個(gè)整合讀取/寫(xiě)入與轉換電路的完整水平式賽道，如此將達到密度是目前快閃存儲器10倍的存儲器芯片。一旦這種水平式技術(shù)成功，研究團隊將進(jìn)一步在芯片上以10微米的厚度垂直排列微縮的賽道;這種垂直式的賽道存儲器密度可望再擴充100倍，使這種固態(tài)存儲器容量能與硬盤(pán)機媲美。