Японские ученые разработали энергоэффективную память для центров обработки данных

Диаграмма материала, разработанного с использованием магнетронного напыления. Пропуская ток через платиновый материал на TmIG, исследователи смогли изменить намагниченность изолятора, подтвердив его пригодность в качестве материала для магнитной оперативной памяти. Автор: Университет Кюсю / Наото Ямасита

Исследовательская группа Университета Кюсю разработала новый метод создания энергоэффективной магнитной оперативной памяти (MRAM) с использованием материала TmIG (тулиево-железистый гранат), который привлекает внимание способностью обеспечивать высокоскоростную перезапись информации при комнатной температуре с низким энергопотреблением. Ученые надеются, что их открытие приведет к значительному улучшению скорости и энергоэффективности высокопроизводительного оборудования, используемого для работы генеративного ИИ.

Работа опубликована в журнале npj Spintronics.

Быстрое распространение генеративного ИИ сделало энергопотребление центров обработки данных глобальной проблемой, создав острую необходимость в повышении энергоэффективности оборудования.

«Крутящий момент спин-орбитального взаимодействия (SOT) — важная технология, которая потенциально может помочь решить эту проблему. Это метод хранения памяти, использующий электричество, а не магниты, для управления ориентацией микроскопических магнитов на тонкой пленке материала в устройстве, что позволяет создавать более быструю MRAM», — объясняет доцент Наото Ямасита с факультета информатики и электротехники Университета Кюсю, ведущий автор исследования.

«Перспективным материалом для SOT является тулиево-железистый гранат (TmIG). Он был первоначально разработан в Японии в 2012 году и может генерировать SOT, когда на него наносится пленка платины и пропускается ток. Это действительно революционный материал».

Однако для создания жизнеспособного запоминающего устройства из TmIG требуется высококачественная тонкая пленка. Предыдущие методы нанесения покрытия оказались дорогостоящими и технически сложными. В своем новом исследовании Ямасита и его команда успешно произвели эти пленки с помощью установленного метода массового производства — магнетронного напыления. В этом процессе атомы выбиваются из материала пленки и затем осаждаются на подложку слой за слоем.

«Мы использовали этот метод для нанесения очень тонкого трехнанометрового слоя платины на TmIG. Последующие тесты показали, что мы можем изменять данные памяти (магнитную ориентацию), просто пропуская через него небольшой ток», — продолжает Ямасита. «Эффективность записи данных составила 0,7 × 10¹¹ А/м² и сравнима с пленками, изготовленными традиционными методами».

Новые открытия команды знаменуют важный шаг в преодолении разрыва между фундаментальными и прикладными исследованиями высокопроизводительной памяти.

«Мы уже разрабатываем функциональные устройства, использующие преимущества наших новых открытий», — заключает Ямасита. «Мы надеемся использовать нашу работу для построения более устойчивого информационного общества».

Больше информации: Deterministic spin-orbit torque switching of epitaxial ferrimagnetic insulator with perpendicular magnetic anisotropy fabricated by on-axis magnetron sputtering, npj Spintronics (2025). DOI: 10.1038/s44306-025-00105-z

Источник: Kyushu University

ИИ: В 2025 году, когда энергопотребление центров обработки данных для ИИ продолжает расти, такие разработки становятся особенно актуальными. Технология MRAM с низким энергопотреблением может стать ключевым элементом для устойчивого развития вычислительных систем будущего.