銅原子磁性內存突破儲存極限

2020-11-25 EDN電子設計技術

內存技術的每一次創新都源於基礎研究。IBM Research的研究團隊最近開發出一種新技術，能夠控制單個銅原子的磁性，從而為以單個原子核進行儲存和處理信息的未來鋪路。不過，該技術要能實現商業化還有很長的路要走。EG0ednc

在最近發布於《自然奈米科技》(Nature Nanotechnology)雜誌上的一篇論文中，IBM Research科學家Christopher Lutz和Kai Yang描述如何透過逐一的原子執行核磁共振(NMR)，從而控制單個原子核的磁性。核磁共振是確定分子結構的重要工具，而Lutz和Yang的研究成就在於首次使用掃描穿隧顯微鏡(STM)實現核磁共振。STM是IBM獲得諾貝爾獎的一項發明，可用於個別觀察和移動原子。EG0ednc

Lutz在接受《EE Times》電話採訪時解釋：「我們正展開奈米技術的基礎研究，期望克服個別原子級的極限。由於使用了掃描穿隧顯微鏡技術，使我們第一次可以在看到原子並為其重新定位的環境中實現這一目標。」EG0ednc

STM技術讓研究人員打造從原子開始的結構，並為其進行測試，使其得以了解採用自旋共振技術未來可以或想要打造什麼。EG0ednc

EG0ednc

掃描穿隧顯微鏡(STM)技術（來源：IBM)EG0ednc

STM還可以對每個原子進行成像和定位，以研究NMR如何改變並響應當地環境。透過掃描STM金屬針穿過表面的超尖端，STM可以感知單個原子的形狀，並將原子拉進或攜入所需的排列中。EG0ednc

「我們正在探索當一次探測一個原子時會發生什麼，同時也觀察其磁性。」Lutz說：「我們首先學到感知核的磁狀態，接著是如何加以控制。」EG0ednc

在此過程中必須進行兩個步驟。他說：「首先我們需要對準原子核的磁方向，而不僅僅是指向隨機的方向。」研究人員透過施加從銳利金屬針尖發出的無線電波，從而操控原子核的磁性。接著，將無線電波精確地調諧至原子核的固有頻率。Lutz說：「此時，我們就可以透過針尖的電流接取至原子核。」EG0ednc

EG0ednc

單個銅原子核磁性的概念圖。圓錐體代表銅原子的磁北極(左)和電子(右)之不同方向。核子和電子能以磁性連接(紅色彈簧部份)。STM尖端的電流(如右圖所示)控制原子的磁性EG0ednc

研究人員首先著眼於鐵和鈦原子中的核磁性，然後再著手研究銅。銅由於導電性佳，目前已經廣泛應用在生活各方面了。然而，它的磁性並未被完全了解。Lutz說，雖然我們從來沒看過1美分硬幣與磁鐵相吸，但當單個銅原子周圍未被其他銅原子包圍時，銅的磁性就會變得十分明顯。「現在我們已經開始研究銅了，因為銅在核與其外部電子之間有很強的互動作用。」EG0ednc

Lutz說這種原子核有四種不同的量子態。研究人員目前正在探索其與量子運算相同的成份。然而，他們正以比量子運算所需更短的同調時間存取環境。正確地說，對於可能賦予內存的意義是，諸如磁阻式隨機存取內存(MRAM)等磁性內存大約需要十萬個原子才能儲存1位的數據。「那就是磁定向可以產生1個1或0的雙態組件。我們並為其縮小了十萬倍，因而可以在未來儘可能地拓展目標。」EG0ednc

Lutz無法推測這一基礎研究何時可能實現商業應用，畢竟它目前還處於早期階段。他說：「我們接下來的步驟將是建立磁原子數組。我們已經開始練習組裝原子了，這同時也是未來每一種新原子的新研究方向。」EG0ednc

EG0ednc

IBM Research科學家Christopher Lutz和Kai YangEG0ednc

(原文發表於ASPENCORE旗下EDN姐妹網站EETimes，參考原文：IBM Explores Copper Magnetism for Use in Memory，編譯：Susan Hong)EG0ednc

 EG0ednc

相關焦點

  • 銅原子磁性記憶體突破儲存極限
    IBM Research的研究團隊最近開發出一種新技術，能夠控制單個銅原子的磁性，從而為以單個原子核進行儲存和處理資訊的未來鋪路。不過，該技術要能實現商業化還有很長的路要走。PhResmcLutz在接受《EE Times》電話採訪時解釋：「我們正展開奈米技術的基礎研究，期望克服個別原子級的極限。由於使用了掃描穿隧顯微鏡技術，使我們第一次可以在看到原子並為其重新定位的環境中實現這一目標。」
  • 研究人員開發出單個銅原子磁性內存技術
    內存技術的每一次創新都源於基礎研究。IBM Research的研究團隊最近開發出一種新技術，能夠控制單個銅原子的磁性，從而為以單個原子核進行儲存和處理信息的未來鋪路。不過，該技術要能實現商業化還有很長的路要走。
  • 清華大學研究團隊創新磁性翻轉機制突破MRAM技術瓶頸
    次世代非揮發性內存——磁阻隨機存取內存(MRAM)由於兼具快速讀取/寫入、高密度與低成本等優勢，一直是各大內存廠商競相投入的重點技術。SOT-MRAM (右)（來源：清華大學）7B9ednc由清華大學材料系與物理系跨領域合作的研究團隊，成功利用電子自旋流操控鐵磁-反鐵磁奈米膜層的磁性翻轉，證實了電流脈衝引發的垂直交換偏置(exchange bias)能夠克服熱穩定性的挑戰，可望成為新一代MRAM的核心架構，打造出讀寫速度更快、更省電、斷電時信息也不流失的「不失憶內存」。
  • 手機的內存是什麼意思?運行和儲存的區別多大
    手機的內存一般有兩種解釋，有運行內存和非運行內存，運行內存掌管的是手機的運行速度，而非運行內存指的是手機的儲存內存，很多人覺得手機的內存越大越好，其實也不一樣主要看自己買手機的用途在哪裡。很多人在選手機的時候可能都注意到了經常會有導購介紹手機的內存，一般很多人可能會覺得手機的內存可能就是指手機的儲存內存，其實手機的內存還有多種意思，有什麼區別呢？手機內存包括：RAM（運行內存）和ROM（非運行內存）RAM:運行內存。RAM越大，手機可運行的APP應用程式越多，RAM越大手機運行速度越流暢（目前基本是2GB夠用、3GB流暢、4GB用的更爽）。
  • 人類的大腦相當於多大的「內存」?其實我們一直低估了自己
    "內存"是一個計算機的概念，也是一臺計算機的重要組成部分，計算機內存可以用來儲存大量的數據，同時還能夠維持著計算機的運作，內存的大小以及性能，都直接影響著計算機的運行，如果用人類的大腦去跟計算機的內存相提並論，從運行的角度上面來說，我們小看計算機了，但是如果真的從儲存的角度上面來說，計算機的內存完全無法跟人類的大腦相提並論。為什麼要這麼說呢？
  • 下一代內存革命,就靠它了
    這個奇異的特性，是整個物質世界的根基，也是當代磁學的關鍵詞，促成磁性內存等重大科技突破。03自旋電子引爆磁性內存革命自旋電子學出現的年代，正是計算機蓬勃發展的年代。計算機負責長期儲存的硬碟，內部是塗滿磁性物質的碟片，也就是每個記憶單元像一顆小磁鐵，以磁矩方向記錄 0 或 1。因磁矩方向不會輕易消失，即使計算機關機不通電，也能儲存數據。然而科技快速發展，磁記錄的密度愈來愈高。自 1957 年第一顆硬碟發明以來， 50 年內硬碟儲存密度增加了 10 億倍。
  • 《Nature》:銅有沒有磁性?富勒烯說了算
    而銅、錳這些金屬，中學生都知道它們沒有磁性。最近，英國利茲大學的Oscar Cespedes教授及其研究團隊逆轉了這一「常識」。科學家們通過將金屬薄膜與碳基有機分子相結合，發現兩種常見的非磁性金屬（銅和錳）可以產生磁性，這一令人驚奇的研究成果刊發於近期的《Nature》雜誌上。
  • 吉利繽越行車記錄儀內存卡怎麼裝
    【太平洋汽車網】吉利繽越行車記錄儀內存卡安裝在副駕駛下面，把副駕駛往前拉到極限，可以從後邊看到副駕駛座椅下邊有意突起的地方，拆開就能看到插內存卡/U盤的地方了。具體可看車機的使用說明，有視頻。行車記錄儀即記錄車輛行駛途中的影像及聲音等相關資訊的儀器。安裝行車記錄儀後，能夠記錄汽車行駛全過程的視頻圖像和聲音，可為交通事故提供證據。
  • 突破極限,中國高溫超導研究領跑世界
    突破超導研究的禁區超導，是指某些材料在溫度降低到某一臨界溫度，或超導轉變溫度以下時，電阻突然消失的現象。在超導研究的歷史上，已經有10人獲得了5次諾貝爾獎，其科學重要性不言而喻。1911年，荷蘭科學家發現水銀在極低溫條件下的超導性，開闢了科學研究的新領域。1986年，德國科學家與瑞士科學家發現了臨界轉變溫度為35K的銅氧化物超導體。
  • 以國家級標準銷毀儲存媒體數據
    舉例來說，所有內部存儲器、緩衝區或其他可重複使用的內存，都必須執行清除，以有效杜絕讀取先前儲存的數據。 ● 銷毀（Sanitization）：在重新使用媒體之前，徹底刪除媒體中數據的程序，且在銷毀媒體中數據之前，作業環境無法提供可接受的保護等級。例如，當信息系統資源從保密信息管制下釋出、或釋出到較低的保密層級使用前，都必須執行數據銷毀。
  • 人的大腦相當於多大的「內存」?
    人的大腦相當於多大內存？ 拿人腦與內存相比，那真是太低估大腦了。內存是計算機系統中重要的組成部分，它可用來存儲數據，實現計算機的運算過程，存儲什麼數據呢？是存儲CPU的運算數據的，並且CPU可以隨時調用這些數據。內存的性能與存儲空間大小影響著計算機整體的工作效率。
  • 如果能突破宇宙溫度的極限,就能打開暗物質和暗能量的宇宙大門
    是不是這就是宇宙永不可打破的極限溫度呢？還是宇宙沒有極限溫度呢？是不是所謂的宇宙極限溫度之外，只是我們無法測量而已？而打破這個極限溫度又會發生什麼呢？首先，我們說宇宙溫度是我們宇宙的宇宙溫度，還是所有的宇宙的宇宙溫度？如果說假如宇宙溫度被突破，也就是我們宇宙的不可能，是不是另外一個宇宙的可能呢？
  • 打破摩爾定律物理極限,石墨烯自旋電子學引領次世代電子組件發展
    自旋電子學是納米級電子學與磁學的結合，可以使電子以突破摩爾定律（Moore’s law）物理極限的速度發展。所謂摩爾定律是指，計算機處理性能約每兩年倍增，同時價格減半。與依賴電荷電流的傳統電子組件相比，自旋電子組件可以提供更高的能源效率和更低的功耗。原則上，我們可以讓手機和平板電腦使用基於自旋的電晶體和內存，進而大幅提高速度和存儲容量。
  • 磁性積木
    磁性積木是當下最火的休閒小遊戲，最適合當下不能出門在家無聊的時候玩，輕輕鬆鬆的過關根本無壓力，無論你的年齡大小，只要玩了這款遊戲，就根本停不下來了，心裡只有一句話：我要過關我過關，想不想來試試？
  • 極限之限：物理學中「突破極限」的幾種途徑 | NSR
    如何突破由基本物理原理設下的極限，是研究者的重要目標。每一次「突破極限」，也通常反映了相關領域的重大突破。例如，超分辨光學成像突破了衍射極限，因而獲得2014年諾貝爾化學獎。怎樣才能突破極限？的觀點(Perspective)文章，對物理系統中常見的各種極限進行總結，並指出了「突破極限」的三種情況。
  • 突破極限,中國高溫超導研究領跑世界 把「命門」掌握在自己手中
    令科學家困擾的是，超導體的轉變溫度不能超過40K（約零下233攝氏度），這個溫度也被稱為麥克米蘭極限溫度。　　40K的極限溫度能否被突破？在兩名歐洲科學家發現以銅為關鍵超導元素的銅氧化物超導體後不久，包括中國科學家在內的研究團隊將銅氧化物超導體的臨界轉變溫度提高到液氮溫區以上，突破了麥克米蘭極限溫度，使其成為高溫超導體。
  • 臺積電突破納米極限,北大突破晶片極限?碳基晶片究竟是何物?
    自從晶片戰爭開始以來，我國一直都在尋找著一個突破的機會，許多的科研人員日以繼夜的努力，就是為了打破美國對中國半導體領域的封鎖，別看晶片只是一個生活中隨處可見的存在，可其實這其中包攬了全人類的頂尖智慧，還有未來科技時代的發展前途。
  • 2018消防建築防火篇:生產和儲存物品的火災危險性分類
    難點在於生產和儲存中常見物質的火災危險性分類，丁、戊類物品包裝後儲存時的火災危險分類。    生產和儲存物品的火災危險性應根據生產中使用或產生的物質性質及其數量等因素劃分，可分為甲、乙、丙、丁、戊五類。     評定物質火災危險性的主要指標     氣體：     爆炸極限和自燃點是評定氣體火災危險性的主要指標。
  • 單原子存儲和單分子邏輯開關技術獲突破
    新聞來源：科技日報    納米技術取得兩項重大進展單     IBM稱是邁向建造分子級計算機的重大跨越     美國IBM公司在最新一期《科學》雜誌上發表了兩份研究報告，公布了其在單原子存儲技術和單分子邏輯開關研究方面取得的技術突破