齐齐哈尔论坛:基于忆耦器同时实现非易失性多态存储器和逻辑门

新2备用网址/2020-04-15/ 分类:科技/阅读:

  跟着摩尔定律的失效,基于半导体集成电路的信息技能已慢慢迫近物理极限,后摩尔期间的信息技能亟待全新的范式和道理。当代计较机自问世以来一向回收冯诺依曼布局,即运算器与存储器疏散,这种布局使得运算器与存储器之间的数据传输成为影响体系机能的瓶颈(称为冯诺依曼瓶颈),大大限定了计较机机能的进步;同时,因为当代计较机中的运算器和主存储器(如DRAM)都是易失性器件,不只在断电后信息当即消散,并且具有较高的能耗。因此,开拓新型非易性器件,回收非冯诺依曼布局,实现运算器和存储器合二为一(logic in memory),是将来成长高机能、低功耗、即开即用型计较神秘办理的要害题目。当前,忆阻器(memristor)作为一种非易失性器件,因为同时具有信息存储和逻辑运算成果,有望在将来更换半导体晶体管,受到了学术界和工业界的普及存眷。
  近期,中国科学院物理研究所磁学国度重点尝试室孙阳研究员、尚大山副研究员和柴一晟副研究员等提出了另一种非易失性器件—忆耦器(memtranstor),并在单个忆耦器上别离实现了两态存储、多态存储和布尔逻辑运算。忆耦器是一种基于非线性磁电耦合效应的影象元件,源于第四种根基电路元件电耦器(transtor)。忆耦器的根基特性是其示意出非线性电荷-磁通回滞曲线。与忆阻器回收电阻(R = dv/di)的状况存储信息差异,忆耦器回收电耦(T = dq/dφ,可能等效于磁电耦合系数 α= dE/dH)的状况来存储信息。忆耦器的信息处理赏罚道理回收电写磁读,具有高速率、高密度、低功耗、并行读取、布局简朴、易于制备等利益。
  孙阳研究组的研究生申见昕、丛君状和申世鹏等别离基于多种磁电耦合介质制备了几种忆耦器。他们起首在Ag/PMN-PT/Terfenol-D/Ag忆耦器中实现了室温下两态信息存储,第一次演示了忆耦器作为新型非易失性存储器的成果 [以Letter情势颁发于Phys. Rev. Applied 6, 021001 (2016)]。在此基本上,他们又在该忆耦器中实现了多态(4态和8态)存储。通例存储器每个存储单位只能存储2种状况(0, 1),而多态存储器在每个存储位上可以存储2n个状况,因而具有更高的存储密度。与电阻型多态存储器对比,因为电耦值可以从正到负漫衍,因而忆耦用具有更高的存储密度和容错度。从此,他们回收简朴金属Ni来更换伟大珍贵合金Terfenol-D (Tb0.28Dy0.72Fe1.95),制备了Ni/PMN-PT/Ni忆耦器,实现了非易失性两态和多态存储器。更为紧张的是,他们基于单个Ni/PMN-PT/Ni忆耦器实现了非易失性通用逻辑门NOR和NAND。这一成就表白忆耦器与忆阻器相同,可以兼有信息存储和布尔逻辑运算的成果,因而有望用于实现非冯诺依曼布局的下一代计较机。另外,研究生鲁佩佩等基于有机铁电体制备出Cu/P(VDF-TrFE)/Metglas和Cu/P(VDF-TrFE)/Ni有机忆耦器,并乐成实现了非易失性多态信息存储。有机忆耦器有望在将来用于柔性可穿着电子器件。
  这些系列研究盼望表白,忆耦器在开拓下一代信息成果器件方面具有重大的潜力。与今朝人们普及存眷的忆阻器对比,忆耦用具有更低功耗和并行信息处理赏罚等利益。以上研究成就别离颁发于Phys. Rev. Applied 6, 021001 (2016);Phys. Rev. Applied 6, 064028 (2016);Sci. Rep. 6, 34473 (2016);Appl. Phys. Lett. 109, 252902 (2016)。在2016年11月于美国新奥尔良进行的第61届国际磁学与磁性子料大会(MMM)上,孙阳研究组关于忆耦器的事变被评为大会最佳张贴陈诉奖(Best Poster Award),是中国地域(包罗台湾、香港和澳门)独一得到该奖项的事变。
  该研究得到了国度天然科学基金、科技部和中国科学院项目标支撑。
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图1. 忆耦器的布局和道理表示图。通过施加电压改变磁电耦合系数的状况来写入信息,通过施加磁场来并行读守信息。  


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图2. 基于忆耦器实现非易失性多态存储器。  


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图3. 基于忆耦器实现非易失性逻辑门NOR。  


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图4. 基于忆耦器实现非易失性逻辑门NAND。  

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