Geringe Fluktuationen

«Wesentlich für einen schnellen und zuverlässigen Datenspeicher ist, dass die zeitlichen Fluktuationen zwischen den einzelnen Umkehrvorgängen möglichst gering sind», erklärt Gambardellas Doktorandin Viola Krizakova. Aus ihren Daten entwickelten die Forscher daher eine Strategie, um diese Fluktuationen so klein wie möglich zu machen. Dazu änderten sie die Strompulse, mit denen die Magnetisierungsumkehrung gesteuert wurde, dergestalt, dass zwei weitere physikalische Phänomene zum Tragen kamen. Das so genannte Spin-​Transfer-Drehmoment sowie ein kurzer Spannungspuls während der Umkehrphase sorgten nun dafür, dass der gesamte Umkehrvorgang weniger als 0,3 Nanosekunden dauerte, wobei die zeitlichen Fluktuationen weniger als 0,2 Nanosekunden betrugen.

«Damit haben wir eine Methode gefunden, mit der in weniger als einer Nanosekunde Daten praktisch fehlerfrei in magnetischen Tunnelkontakten gespeichert werden können», sagt Gambardella. Die Zusammenarbeit mit dem Forschungszentrum IMEC machte es zudem möglich, die neue Technologie unmittelbar auf einem industriekompatiblen Wafer zu testen. Kevin Garello, ein ehemaliger Postdoktorand aus Gambardellas Labor, stellte dort die Chips mit Tunnelkontakten für die ETH-​Experimente her und optimierte die Materialien dafür. Prinzipiell wäre die Technologie also sofort in einer neuen Generation von MRAM einsatzbereit.

Gambardella betont, dass MRAM deshalb so interessant sind, weil sie, anders als die herkömmlichen Arbeitsspeicher SRAM oder DRAM, gespeicherte Informationen beim Abschalten des Computers nicht verlieren aber trotzdem ebenso schnell sind. Er räumt allerdings ein, dass der Markt für MRAM-​Speicher momentan noch keine so hohen Schreibgeschwindigkeiten verlangt, da andere technische Hindernisse wie etwa Energieverluste durch hohe Schaltströme die Zugriffszeiten limitieren. Unterdessen planen er und seine Mitarbeiter schon die nächsten Verbesserungen: sie wollen die Tunnelkontakte verkleinern und andere Materialien einsetzen, die Strom effizienter nutzen.