BiSb ขยายศักยภาพของอุปกรณ์ฉนวนทางทอพอโลยีสำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิคส์ที่ใช้พลังงานต่ำเป็นพิเศษ

Anonim

ทีมนักวิจัยของมหาวิทยาลัยสงขลานครินทร์ที่นำโดยกระทรวงการไฟฟ้าและอิเล็กทรอนิกส์สถาบันเทคโนโลยีแห่งกรุงโตเกียว (Tokyo Tech) ได้พัฒนาแหล่งผลิตกระแสไฟฟ้าหมุนเวียนที่มีประสิทธิภาพสูงสุดในโลกซึ่งทำจากโลหะผสมบิสมัท - ทับทิม (BiSb) ผู้สมัครที่ดีที่สุดสำหรับอุตสาหกรรมครั้งแรกของฉนวน topological ความสำเร็จนี้เป็นก้าวย่างสำคัญในการพัฒนาอุปกรณ์หน่วยความจำแบบสุ่มตัวอย่างแบบ spin-orbit torrent magnetoresistive random access memory (SOT-MRAM) ที่มีศักยภาพในการแทนที่เทคโนโลยีหน่วยความจำที่มีอยู่

ทีมงานได้พัฒนาฟิล์มบางของ BiSb สำหรับฉนวนกันความร้อนด้านบนซึ่งจะทำให้เกิดผลการหมุนของฮอลล์ที่ยอดเยี่ยมและมีการนำไฟฟ้าสูง การศึกษาของพวกเขาซึ่งตีพิมพ์เผยแพร่ใน Nature Materials จะช่วยเร่งการพัฒนาความทรงจำที่มีความหนาแน่นสูงพลังงานต่ำพิเศษและความทรงจำที่ไม่เปลี่ยนแปลงไปอย่างรวดเร็วสำหรับ Internet of Things (IoT) และแอพพลิเคชั่นอื่น ๆ ในปัจจุบันที่ต้องการใช้ในอุตสาหกรรมและในบ้านมากขึ้น.

ฟิล์มบางของ BiSb มีมุมหมุนของห้องโถงประมาณ 52 ค่าการนำไฟฟ้า 2.5 x 10 5 และค่าการนำไฟฟ้าของห้องโถง 1.3 x 10 7 ที่อุณหภูมิห้อง (ดูตารางที่ 1 สำหรับสรุปผลการดำเนินงานรวมทั้งหน่วยทั้งหมด) โดยเฉพาะอย่างยิ่งการนำความร้อนของห้องโถงหมุนเป็นสองเท่าของความถ่วงจำเพาะมากกว่าบิสมัท selenide (Bi 2 Se 3) รายงานในปีพ. ศ.

ทำให้ SOT-MRAM เป็นทางเลือกที่ดี

จนถึงปัจจุบันการค้นหาวัสดุสแตนเลสที่เหมาะสมสำหรับอุปกรณ์ SOT-MRAM ยุคหน้ามีปัญหาดังนี้ประการแรกโลหะหนักเช่นทองคำแทรนทัลและทังสเตนมีการนำไฟฟ้าสูง ประการที่สองเครื่องฉายรังสี topological ที่ทำการตรวจสอบจนถึงปัจจุบันมีผลการหมุนของห้องโถงใหญ่ แต่มีการนำไฟฟ้าต่ำ

ฟิล์มบางของ BiSb เป็นไปตามข้อกำหนดทั้งสองแบบที่อุณหภูมิห้อง นี่เป็นการเพิ่มความเป็นไปได้ที่ระบบ SOT-MRAM ของ BiSb สามารถทำงานได้ดีกว่าเทคโนโลยี MRAM แบบสปินซ์โอน (STT) ที่มีอยู่

"เมื่อ SOT-MRAM สามารถเปลี่ยนลำดับความเร่งได้เร็วกว่า STT-MRAM พลังงานที่เปลี่ยนจะลดลงอย่างน้อยสองคำสั่ง" มร. ฟามกล่าว "นอกจากนี้ความเร็วในการเขียนอาจเพิ่มขึ้น 20 เท่าและความหนาแน่นบิตเพิ่มขึ้นเป็นสิบเท่า"

SOT-MRAMs มีประสิทธิภาพในการใช้พลังงานดังกล่าวได้รับการพิสูจน์เมื่อเร็ว ๆ นี้ในการทดลองแม้ว่าจะใช้โลหะหนักก็ตามโดย IMEC ศูนย์วิจัยและพัฒนาระหว่างประเทศของ IMEC ซึ่งมีสำนักงานใหญ่อยู่ที่เมือง Leuven ประเทศเบลเยี่ยม

SOT-MRAM ที่ใช้เทคโนโลยี BiSb สามารถช่วยปรับปรุงคู่ต่อสู้ของโลหะหนักได้อย่างมากและสามารถแข่งขันกับหน่วยความจำแบบไดนามิก (DRAM) ซึ่งเป็นเทคโนโลยีที่โดดเด่นในปัจจุบัน

เนื้อหาที่น่าสนใจและมองข้าม

BiSb มีแนวโน้มที่จะถูกมองข้ามโดยชุมชนวิจัยเนื่องจากมีช่องว่างแถบเล็ก ๆ และพื้นผิวที่ซับซ้อน อย่างไรก็ตาม Pham กล่าวว่า "จากมุมมองด้านวิศวกรรมไฟฟ้า BiSb น่าสนใจมากเนื่องจากมีความคล่องตัวในการพกพาสูงซึ่งช่วยให้สามารถขับกระแสไฟฟ้าภายในวัสดุได้ง่ายขึ้น"

"เรารู้ว่า BiSb มีสถานะพื้นผิวแบบ topological มากซึ่งหมายความว่าเราสามารถคาดหวังว่าจะได้ผล Hall Hall ที่แข็งแกร่งมากขึ้นนั่นคือเหตุผลที่เราเริ่มศึกษาเนื้อหานี้เมื่อสองปีก่อน"

ฟิล์มบาง ๆ ถูกปลูกโดยใช้วิธีการที่มีความแม่นยำสูงเรียกว่า Epitaxy ลำแสงโมเลกุล (MBE) นักวิจัยได้ค้นพบการจัดวางพื้นผิวที่เฉพาะเจาะจงซึ่งมีชื่อว่า BiSb (012) ซึ่งคิดว่าเป็นปัจจัยสำคัญที่อยู่เบื้องหลังผลกระทบของการหมุนรอบตัวใหญ่ Pham ชี้ให้เห็นว่าจำนวนของกรวย Dirac (6) 0 บนพื้น BiSb (012) เป็นอีกหนึ่งปัจจัยสำคัญซึ่งทีมงานของเขากำลังสืบสวนอยู่

ความท้าทายข้างหน้า

ปัจจุบัน Pham กำลังทำงานร่วมกับภาคอุตสาหกรรมเพื่อทดสอบและขยายระบบ SOT-MRAM ของ BiSb

"ขั้นตอนแรกคือการแสดงถึงความสามารถในการผลิต" เขากล่าว "เรามุ่งมั่นที่จะแสดงให้เห็นว่ามันยังคงเป็นไปได้ที่จะบรรลุผลในการหมุนรอบห้องที่แข็งแกร่งแม้ในขณะที่ฟิล์มบางของ BiSb ถูกประดิษฐ์โดยใช้เทคโนโลยีที่เป็นมิตรกับอุตสาหกรรมเช่นวิธีการสปัตเตอร์"

แต่มันก็ไม่ชัดเจนว่าวัสดุเหล่านี้สามารถนำมาใช้ในอุปกรณ์จริงที่อุณหภูมิห้องการวิจัยของเรานำตัวนำฉนวนไปสู่ระดับใหม่ซึ่งถือเป็นคำมั่นสัญญาที่ดีสำหรับการใช้งานต่ำสุด SOT-MRAM "

menu
menu