FUTURE | 远见 闵青云 选编
近期，马克斯·普朗克微结构物理研究所Jae-Chun Jeon（第一作者），Stuart S. P. Parkin院士团队在Science期刊上发表了题为「Multicore memristor from electrically readable nanoscopic racetracks」的最新论文。研究人员设计了一种新型的电学检测系统，结合多个反常霍尔效应设备，能够在纳米级磁性轨道上实现高精度的磁畴壁检测。
研究背景
随着信息技术的快速发展，磁性轨道存储器（Racetrack Memory）因其在数据存储和处理中的潜在应用而成为研究热点。磁性轨道存储器的基本原理是利用移动的磁畴壁存储和读取信息，相比传统的存储技术，它具有更高的存储密度和更快的数据传输速度。然而，现有技术在电流控制和磁畴壁的精确定位方面仍面临着空间分辨率不足的问题，这限制了其在高密度存储和复杂计算中的应用。
研究内容
为了解决上述问题，马克斯·普朗克微结构物理研究所Jae-Chun Jeon，Stuart S. P. Parkin院士团队设计了一种新型的电学检测系统，结合多个反常霍尔效应设备，能够在纳米级磁性轨道上实现高精度的磁畴壁检测。通过该系统，研究人员实现了对多个移动磁畴壁的电学跟踪，空间分辨率优于40纳米。这一进展不仅提供了对磁畴壁动态的深刻洞察，还展示了磁性轨道存储器作为超越传统二进制数字技术的非传统计算设备的潜力。
此外，这种新型设备的成功开发为未来的存储器和计算平台奠定了基础，预示着在纳米电子学和自旋电子学领域中，磁性轨道存储器有望成为一种重要的解决方案，从而推动新一代计算设备的发展。
图文导读
（1）实验首次实现了对纳米级磁性轨道中移动磁畴壁的电学跟踪，空间分辨率优于40纳米。这是通过在磁性轨道上布置多个反常霍尔效应传感器实现的，能够精确检测磁畴壁的位置及其动态行为。
（2）实验通过增宽自旋霍尔层形成「铂翼」，显著扩大了磁畴壁的检测范围，甚至可以检测到距离霍尔条多达8微米的磁畴壁。这种检测范围的扩大是由于磁性轨道边缘的电场分布跨越了磁畴壁，产生了不同符号的霍尔电压。
（3）实验进一步展示了在整个磁性轨道中对多个磁畴壁进行时空数据流动和处理的可能性。这种高精度的电学检测不仅加深了对磁畴壁动态的理解，还表明磁性轨道存储器在未来超越传统二进制数字技术的非传统计算设备中具有巨大的应用潜力。
图1 | 电学检测电流诱导的磁畴壁运动。
图2 | 整个磁性轨道中磁畴壁速度的电学映射。
图3 | 从随机到可控的磁畴壁运动的演变。
图4 | 在50纳米宽的SAF磁性轨道器件中连续注入磁畴壁。
图5 | 多核注入的时空数据分类及分段信号。
科学启迪
本文的研究为移动磁畴壁在纳米级磁性轨道中的电学跟踪提供了重要的实验依据，展现了其在未来计算设备中的广泛应用潜力。首先，研究通过反常霍尔效应装置实现了对磁畴壁动态的高精度电学检测，空间分辨率优于40纳米。这种先进的测量方法不仅克服了传统光学检测的局限性，还为高效的数据处理与传输提供了可能。其次，时空测量结果揭示了磁畴壁的运动规律，为深入理解其动态特性奠定了基础。这一发现表明，磁性轨道存储器具有超越传统二进制数字技术的能力，可能成为非传统计算设备的重要平台。此外，通过对磁畴壁的操控与检测，研究还为发展新型存储器和逻辑器件提供了新的思路和方向。这些科学启迪为纳米技术、信息存储及计算领域的未来发展提供了宝贵的参考，预示着在更高效、更灵活的计算架构方面的潜力。
文章链接：
https://www.science.org/doi/10.1126/science.adh3419
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