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寧波材料所等在新型信息存儲技術研究方面取得進展
來源： 中國科學院
作者：南皮縣產(chǎn)學研科技成果轉(zhuǎn)化服務中心
日期：
2015-04-04
大數(shù)據(jù)時代信息總量呈爆炸式增長，海量數(shù)據(jù)需要進行有效地處理和存儲，因此對信息器件提出了低功耗、小型化和多功能集成化的要求。然而，在傳統(tǒng)的馮諾依曼構架中，由于存儲器和處理器分立存在，計算機必須消耗大量的運算周期在不同層級的存儲器之間查找和傳輸數(shù)據(jù)，并且只能逐條執(zhí)行指令和各種計算任務，限制了當前計算機的并行處理能力。中國科學院磁性材料與器件重點實驗室（中科院寧波材料技術與工程研究所）李潤偉研究團隊開展了基于多物理場調(diào)控存儲介質(zhì)的電阻和磁性狀態(tài)的前瞻性研究，以期探索新型的信息存儲模式和提高信息器件的功能集成度。
一般來說，光電信息互聯(lián)芯片可以集成光源、控制器、濾波器、運算器、探測器和存儲器等組件。將光路引入電路，能夠共同完成信息的編碼、傳輸、解碼、運算、處理及存儲過程，有望作為后摩爾時代信息處理與存儲技術的替代方案。其中，主要組件包括獨立的光信息存儲器件（即通過光寫入方式存儲信息）和信息處理器件等。而多種功能集成的光電信息存儲器能同時實現(xiàn)信息的處理并存儲，從而可降低集成電路的復雜性，有望用于急劇增加的海量信息處理與存儲。最近，該團隊的檀洪偉和研究員劉鋼等人利用光脈沖和電場對金屬-半導體肖特基接觸界面處缺陷態(tài)電子濃度的調(diào)控，獲得了電場可擦除的可持續(xù)光電導效應；進一步研究發(fā)現(xiàn)該可持續(xù)光電導隨光照時間呈線性關系，并且具有從可見到紫外的寬譜響應?；诖诵?，他們設計了一種集光信息的編碼/解碼、運算及存儲于一體的新型信息處理與存儲器件。在該多功能器件中，可以分別利用光的顏色（頻率）和強度對信息進行編碼或解碼，并利用對光脈沖個數(shù)的線性響應特性實現(xiàn)對光信號計數(shù)或者進行數(shù)值運算；基于可持續(xù)光響應效應，可對上述解碼或者運算的結果進行多態(tài)信息存儲，從而實現(xiàn)了對光信息實時獲取、處理與存儲過程，即在一個器件中實現(xiàn)了光電轉(zhuǎn)換、數(shù)值運算以及信息存儲功能的集成。相關結果申請中國發(fā)明專利1項（201510114334.6），并被作為底封面論文發(fā)表在Advanced Materials（DOI:10.1002/adma. 201500039）上。
另一方面，磁存儲一直是信息存儲的主流技術。無論是傳統(tǒng)的硬盤還是新興的磁性隨機存儲器，通常都采用外加磁場或者電流的方式寫入信息，非常不利于器件的小型化和低功耗的發(fā)展需求。因此，尋求通過電場在納米尺度下對磁性進行有效調(diào)控的方法已經(jīng)成為近十年來的一個研究熱點。該團隊的陳欣欣、朱小健、劉鋼等人與新加坡國立大學教授丁軍合作，基于離子型阻變隨機存儲技術，提出了在納米尺度下通過電場誘導離子輸運調(diào)控鐵氧體薄膜材料磁化方向的新思路。通過第一性原理計算發(fā)現(xiàn)，具有鐵缺陷的鈷鐵氧體材料(CoFe2-xO4)中的鈷離子可以在電場作用下發(fā)生遷移并重排，從而誘導出單向磁各向異性。隨后，他們利用掃描探針技術在納米尺度上對CoFe2-xO4薄膜施加電壓，并原位觀測其微區(qū)磁疇的演變規(guī)律，證實外加電場能夠使CoFe2-xO4薄膜的磁化方向發(fā)生非易失性的可逆翻轉(zhuǎn)，在納米尺度下實現(xiàn)了通過電場調(diào)控磁矩方向。這種實現(xiàn)電場調(diào)控磁性的方法無需低溫環(huán)境以及磁場的輔助，為發(fā)展新型的信息存儲技術以及電場調(diào)控的自旋電子器件提供了一種新途徑。相關結果近日發(fā)表在ACS Nano（DOI:10.1021/acsnano.5b00456）上。
上述研究工作獲得國家“973”子課題、國家自然科學基金、中科院裝備計劃、中科院青年促進會等項目支持。
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