Cómo funciona la memoria de torque de transferencia de espín.

Descubre cómo funciona la memoria de torque de transferencia de espín (STT-MRAM) y sus aplicaciones en este artículo informativo.

Introducción

La memoria de torque de transferencia de espín (STT-MRAM, por sus siglas en inglés) es una tecnología de memoria no volátil que ha ganado una gran atención en la comunidad científica y la industria de semiconductores en los últimos años. Esta tecnología promete superar algunas de las limitaciones de las memorias convencionales, como la volatilidad de los datos y la velocidad de escritura y lectura. La memoria STT-MRAM utiliza el efecto de torque de transferencia de espín para almacenar y leer información, lo que la hace muy atractiva para aplicaciones de baja potencia y alta velocidad.

¿Qué es el torque de transferencia de espín?

Para comprender cómo funciona la memoria STT-MRAM, es importante entender el concepto de torque de transferencia de espín. El torque de transferencia de espín es una fuerza que actúa sobre los electrones en un material magnético. En términos simples, se refiere a la capacidad de cambiar la dirección de magnetización de un material mediante la aplicación de una corriente eléctrica.

El torque de transferencia de espín se basa en el fenómeno conocido como el efecto de magnetoresistencia gigante (GMR, por sus siglas en inglés). La GMR es la variación de la resistencia eléctrica de un material magnético en respuesta a cambios en la orientación relativa de las capas magnéticas en una estructura de película delgada. Este efecto fue descubierto en la década de 1980 y ha sido fundamental para el desarrollo de tecnologías de almacenamiento de datos, como los discos duros.

En la memoria STT-MRAM, el torque de transferencia de espín se utiliza para cambiar la orientación de magnetización de una celda de memoria. La celda de memoria está compuesta por dos capas magnéticas separadas por una capa dieléctrica. Una de las capas magnéticas tiene una orientación fija, mientras que la otra capa puede cambiar su orientación de magnetización. Al aplicar una corriente eléctrica a través de la celda, se genera un torque de transferencia de espín que cambia la orientación de la capa magnética libre. Esta nueva orientación se mantiene incluso después de que se interrumpe la corriente eléctrica, lo que permite almacenar información de forma no volátil.

Funcionamiento de la memoria STT-MRAM

El funcionamiento de la memoria de torque de transferencia de espín se basa en dos estados magnéticos diferentes: el estado de «1» y el estado de «0». Estos estados se representan mediante las dos posibles orientaciones de la capa magnética libre en la celda de memoria. Cuando la capa magnética libre apunta en la misma dirección que la capa magnética fija, se considera el estado de «1». Por otro lado, cuando la capa magnética libre apunta en una dirección opuesta a la capa magnética fija, se representa el estado de «0».

Para escribir información en la memoria STT-MRAM, se aplica una corriente eléctrica a través de la celda de memoria. La dirección de esta corriente eléctrica determina si se cambia la orientación de la capa magnética libre a «1» o a «0». La corriente genera un torque de transferencia de espín que ejerce una fuerza sobre los electrones en la capa magnética libre, permitiendo que se alinee en la dirección deseada.

La lectura de información en la memoria STT-MRAM se realiza mediante un proceso llamado detección de resistencia de túnel. La resistencia de túnel es una propiedad eléctrica que depende de la orientación de las capas magnéticas en la celda de memoria. Cuando las capas magnéticas están alineadas en la misma dirección, la resistencia de túnel es alta. Por otro lado, cuando las capas magnéticas están en orientaciones opuestas, la resistencia de túnel es baja.

Al aplicar una tensión a través de la celda de memoria, se mide la resistencia de túnel. Esta medición permite determinar si la celda de memoria está en el estado de «1» o «0». Dependiendo del estado detectado, se puede leer la información almacenada en la memoria STT-MRAM.

Una de las ventajas significativas de la memoria STT-MRAM es su baja potencia de escritura y alta velocidad de lectura. La memoria STT-MRAM consume menos energía durante el proceso de escritura en comparación con otras tecnologías de memoria no volátil, como las memorias flash. Además, la lectura de datos se realiza rápidamente debido a la detección de resistencia de túnel, lo que la convierte en una opción atractiva para aplicaciones que requieren un acceso rápido a los datos.

Aplicaciones y perspectivas futuras

La memoria de torque de transferencia de espín tiene un amplio campo de aplicaciones potenciales. Su bajo consumo de energía y alta velocidad la hacen adecuada para dispositivos móviles, sistemas embebidos, redes neuronales artificiales y sistemas de almacenamiento en general.

Además, la memoria STT-MRAM puede ser una alternativa a las tecnologías de memoria convencionales en términos de rendimiento y eficiencia. Su capacidad para retener datos incluso en ausencia de alimentación eléctrica, su mayor resistencia al desgaste y su menor consumo de energía son características atractivas para numerosas aplicaciones.

A medida que avanza la investigación y el desarrollo en la memoria STT-MRAM, se espera que se mejore