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spintronic-memory

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呢個係咩？

🎯 模擬器提示

📚 術語表

Spintronics
物理和工程領域，除了電荷之外，還利用電子的固有自旋（及其相關的磁矩）來儲存和處理資訊。
Spin-Transfer Torque (STT)
Slonczewski (1996) 和 Berger (1996) 預測，角動量從自旋極化電子轉移到磁性層，無需外部磁場即可實現電流驅動的磁化切換。
Magnetic Tunnel Junction (MTJ)
MRAM 的核心元件：由薄絕緣層（通常為 MgO）隔開的兩個鐵磁層，其電阻取決於層的相對磁方向。
Free Layer
MTJ 中的鐵磁層，其磁化強度可切換以儲存資料（平行=低電阻=“1”，反平行=高電阻=“0”）。
Pinned Layer (Reference Layer)
MTJ中的鐵磁層具有固定的磁化方向，作為讀取儲存位的參考。
Tunnel Magnetoresistance (TMR)
MTJ 電阻的變化基於其磁性層的相對方向；較高的 TMR 比率可實現更可靠的資料讀取。
STT-MRAM
自旋轉移扭矩磁性隨機存取記憶體－一種非揮發性記憶體，使用自旋極化電流寫入資料並使用磁阻讀取資料。
SOT-MRAM
自旋軌道扭力 MRAM－一種在重金屬層中使用自旋軌道耦合的下一代技術，可透過單獨的讀取/寫入路徑實現更快（亞奈秒）的切換。
Perpendicular Magnetic Anisotropy (PMA)
磁化傾向於垂直於薄膜表面的特性，可在現代 MRAM 裝置中實現更好的可擴展性和熱穩定性。
Non-Volatility
無需連續供電即可保留儲存資料的能力，這是 MRAM 相對於 SRAM 和 DRAM 的關鍵優勢。
Giant Magnetoresistance (GMR)
艾伯特·費特 (Albert Fert) 和彼得·格倫伯格 (Peter Grunberg)（2007 年諾貝爾獎得主）發現了一種量子效應，其中電阻會根據磁性層排列發生顯著變化，從而實現現代硬碟讀取頭。
Spin Hall Effect
充電電流會因自旋軌道耦合而產生橫向自旋電流的現象，用於 SOT-MRAM 中以實現有效的磁化切換。
VCMA
電壓控制磁各向異性－一種新興技術，使用電場而不是電流來控制磁化，有望實現超低功耗記憶體。
Endurance
儲存裝置可以承受的寫入週期數； STT-MRAM 可實現高達 10^14 個週期，遠超過快閃記憶體的 10^5 個週期。
Spin-Polarized Current
一種電流，其中大多數電子的自旋沿著同一方向排列，由電流通過鐵磁性材料而產生。

🏆 關鍵人物

John C. Slonczewski (1989-1996)

IBM研究員首次預測MTJ結構（1989）和GMR結構（1996）中的自旋轉移矩，為所有STT-MRAM技術提供了理論基礎

Luc Berger (1996)

1996年獨立預測了磁性多層膜自旋波的自旋轉移矩發射，共同奠定了電流驅動磁化翻轉的理論基礎

Albert Fert (1988)

1988年共同發現巨磁阻（GMR），榮獲2007年諾貝爾物理學獎，開啟了整個自旋電子學領域

Peter Grunberg (1988)

1988 年獨立共同發現 GMR，並因這一徹底改變資料儲存的突破與 Fert 分享 2007 年諾貝爾獎

Stuart Parkin (1990s-2000s)

IBM 院士，開創了實用自旋電子設備，包括用於下一代資料儲存的自旋閥讀取頭和賽道記憶體概念

Shinji Yuasa (2004)

在日本 AIST 展示了基於晶體 MgO 的 MTJ 的巨隧道磁阻​​，實現了超過 200% 的 TMR 比率，從而實現了商用 MRAM

Daniel Worledge (2010s)

IBM 研究人員領導了垂直 STT-MRAM 技術和雙自旋扭矩 MTJ 設計的開發，以提高開關效率

🎓 學習資源

💬 畀學習者嘅話

每個電子都有兩個基本屬性：電荷和自旋。幾十年來，電子產品僅使用充電來儲存和處理資訊。自旋電子學利用另一半——量子自旋——開啟了全新的可能性。 STT-MRAM 已經取代了先進晶片中的閃存，而且該技術正在不斷進步。 2007年諾貝爾巨磁阻獎只是個開始。當我們接近摩爾定律的極限時，自旋電子學提供了一條前進的道路：快速、密集、非揮發性且節能的記憶體。旋轉革命已經開始。

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