Terobosan memori 'MRAM' menjanjikan merevolusi penyimpanan data komputer

(© Iwona joanna Rajszczak | Dreamstime.com)

OSAKA, Jepang — Masa depan memori komputer mungkin tidak terletak pada arus listrik, namun pada manipulasi medan magnet yang tepat. Para ilmuwan di Universitas Osaka telah mendemonstrasikan pendekatan baru dalam menyimpan informasi digital yang dapat secara signifikan mengurangi konsumsi daya mulai dari ponsel pintar hingga pusat data, sekaligus menjaga kecepatan dan keandalan yang diharapkan dari perangkat modern.

Seiring dengan meningkatnya permintaan memori di dunia yang semakin digital, perkembangan ini menandai langkah signifikan menuju teknologi komputasi yang lebih efisien dan berkelanjutan. Seperti transisi dari kalkulator mekanis ke elektronik, terobosan ini dijelaskan secara rinci Sains Tingkat Lanjutdapat menandai era baru dalam cara kita menyimpan dan memproses informasi.

Kemajuan berpusat pada teknologi yang disebut Memori Akses Acak Magnetoresistif (MRAM), yang muncul sebagai kandidat menjanjikan untuk memori komputer generasi mendatang karena kecepatan, daya tahan, dan kompatibilitasnya dengan proses manufaktur semikonduktor yang ada. Memori komputer tradisional menghadapi tantangan yang signifikan: memori ini memerlukan daya yang konstan untuk menyimpan informasi yang disimpan, serupa dengan bola lampu yang memerlukan listrik terus-menerus agar tetap menyala. Namun, MRAM menggunakan keadaan magnetis untuk menyimpan informasi, sehingga menjadikannya non-volatil – yang berarti MRAM mempertahankan data yang tersimpan bahkan ketika daya dimatikan, seperti halnya magnet kulkas yang mempertahankan sifat magnetiknya tanpa sumber listrik apa pun.

“Karena perangkat MRAM mengandalkan keadaan magnetisasi non-volatil dibandingkan keadaan muatan yang mudah menguap pada kapasitor, perangkat ini merupakan alternatif yang menjanjikan untuk DRAM dalam hal konsumsi daya yang rendah dalam keadaan siaga,” kata penulis utama Takamasa Usami dalam sebuah pernyataan.

Teknologi MRAM saat ini menghadapi tantangan tersendiri, khususnya dalam cara penulisan data ke memori. Perangkat MRAM tradisional mengandalkan arus listrik untuk menulis data, namun pendekatan ini menjadi semakin bermasalah karena perangkat menjadi lebih kecil, sehingga memerlukan lebih banyak daya untuk beroperasi secara efektif. Proses ini juga menghasilkan panas melalui apa yang disebut Pemanasan joulesemakin meningkatkan konsumsi energi – bayangkan mencoba menulis dengan pensil yang semakin panas dan berat seiring dengan semakin kecilnya kertas.

Tim peneliti mengatasi tantangan ini dengan menciptakan struktur berlapis khusus yang menggabungkan bahan magnetik yang disebut Co2FeSi dengan kristal piezoelektrik yang dikenal sebagai PMN-PT. Ketika medan listrik diterapkan pada kombinasi ini, hal ini menciptakan tekanan mekanis yang dapat membalikkan arah magnetisasi pada lapisan Co2FeSi – yang pada dasarnya menulis sedikit informasi digital tanpa menggunakan arus listrik. Pendekatan ini lebih seperti menggunakan stempel karet: berapapun ukurannya, dibutuhkan tekanan yang sama besarnya untuk membuat kesan.

Para peneliti mencapai versi yang sangat kuat dari efek ini, yang dikenal sebagai efek magnetoelektrikdengan merekayasa struktur kristal materialnya secara cermat. Mereka menemukan bahwa dengan memasukkan lapisan vanadium ultra-tipis di antara lapisan magnet dan piezoelektrik, mereka dapat meningkatkan interaksi di antara keduanya secara signifikan dan meningkatkan stabilitas perangkat secara keseluruhan.

Bayangkan inovasi tim ini sebagai kemampuan membalikkan jarum kompas mikroskopis menggunakan medan listrik, bukan magnet lain. Dengan secara hati-hati menyesuaikan ketebalan lapisan vanadium dan Co2FeSi – hingga hanya setebal beberapa atom – mereka mencapai kontrol yang tepat atas perilaku peralihan magnetik ini. Kemampuan penyesuaian ini memungkinkan mereka mencapai apa yang dikenal sebagai efek magnetoelektrik “raksasa”, yang berukuran lebih dari 10^-5 detik per meter – melampaui kinerja perangkat serupa tanpa lapisan vanadium.

Dengan peragaan teknologi memori baru ini, para peneliti telah menunjukkan bahwa masa depan komputasi tidak selalu memerlukan pilihan antara kinerja dan efisiensi. Dengan memanfaatkan interaksi antara medan listrik dan material magnetis, mereka telah membuka kemungkinan baru bagi perangkat memori yang dapat mengubah segalanya mulai dari perangkat seluler hingga infrastruktur komputasi skala besar.