Nichtflüchtiger Arbeitsspeicher
DRAM (Dynamic Random Access Memory) ist seit Jahrzehnten das Maß der Dinge bei Arbeitsspeichern. Der globale Umsatz mit DRAM-Chips, die sich günstig herstellen lassen, beläuft sich heute auf über 3 Milliarden US-Dollar – pro Monat. DRAM-Chips haben aber einen Nachteil: Ohne Strom verflüchtigt sich die gespeicherte Information; zudem müssen die Speicherinhalte kontinuierlich aufgefrischt werden – und das kostet Energie.
Wissenschaftler suchen deshalb schon länger nach Alternativen. Sogenannter MRAM (Magnetoresistive Random Access Memory) beispielsweise speichert Daten magnetisch – eine ständige Auffrischung der Speicherinhalte ist nicht mehr nötig. Allerdings ist die Speicherkapazität aktueller MRAM-Chips mit 64 MBit noch weit von den Gigabit-Größenordnungen der DRAMs entfernt.
Ein neuer Forschungsansatz ist die Verwendung magnetoelektrischer Antiferromagnete (MERAMs), die statt durch Strom durch elektrische Spannungen aktiviert werden. Das Beschreiben und Auslesen solcher Materialien sei jedoch schwierig, erklärt Denys Makarov vom Institut für Ionenstrahlphysik und Materialforschung am Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR). Gemeinsam mit Nanophysiker-Kollegen aus der Schweiz hat das HZDR jetzt aber eine Lösung vorgestellt, mit der das geht.
Die Wissenschaftler haben dazu eine „rein antiferromagnetische magnetoelektrische Speicherzelle“ (AF-MERAM) auf Chromoxid-Basis (Cr2O3) hergestellt. Dabei wird zunächst eine feine Chromoxid-Schicht zwischen zwei Elektroden eingepasst. Legt man eine Spannung an die Elektroden an, „kippt“ der magnetische Zustand des Chromoxids – und es wird ein Bit erzeugt. Das Chromoxid ist außerdem mit einer dünnen Platinschicht bedeckt, was das Auslesen der gespeicherten Information über den sogenannten anomalen Hall-Effekt ermöglicht.
Mehrere Hundert Schreib- und Leseoperationen konnten die Wissenschaftler mit einem AF-MERAM-Prototypen bei Raumtemperatur (19 °C) bislang durchführen. Durch gezielte Veränderung des Chromoxids soll der Temperaturbereich künftig noch ausgeweitet werden. Außerdem wollen die Forscher im nächsten Schritt ein Zellen-Array konstruieren, um mehrere Bits gleichzeitig speichern zu können. (pmz@ct.de)
Fachartikel in Nature Communications:ct.de/yq9m