日本东京工业大学的Pham Nam Hai副教授与美国加利福尼亚大学洛杉矶分校等合作，开发出了利用电子拥有的磁铁特性（自旋）的MRAM（磁随机存储器）的节电技术，该技术将写入所需的能量降至原来的1/100。目前尚处于初期阶段，但作为新一代节能型存储器备受期待，今后计划与半导体厂商合作，5年后实现实用化。
制作的元件俯视图（图片由东京工业大学提供）
东京工业大学制作的MRAM元件工作原理图（图片由东京工业大学提供）
MRAM根据自旋的方向存储信息，因此即使切断电源也不会丢失信息。无需消耗用于保持存储的电流，与现有存储器DRAM和SRAM相比，有助于大幅实现节能。
在MRAM中，用来存储信息的是名为“磁性隧道结（MTJ）”的存储元件，它由磁性体（固定层）、绝缘体和磁性体（自由层）的三层结构组成。其工作机制是，通过改变自由层的自旋方向来写入信息，通过测量随着自旋方向而改变的电阻来读取信息。
过去自由层的自旋方向是通过改变周围的磁场或者流过使电子方向一致的电流来改变的。但利用这种方法写入时需要大量的能源，其消耗的能源约为DRAM和SRAM的10倍，写入所需的时间也达到二者的5倍左右。
由于写入需要大电流，晶体管的体积会变大，这是MRAM难以实现小型化的原因之一。
研究团队此次研究了名为“SOT-MRAM”的MRAM。向存储器中写入时利用名为“自旋霍尔效应”的现象。当电流通过铂和钨等时，其垂直方向会流入“纯自旋流”，SOT-MRAM通过将其注入自由层来改变自旋方向，特点是能以很小的电流改变自旋。
为了降低写入所需的电力，需要同时实现比铂和钨等重金属更高的自旋霍尔效应和高导电性。因此，研究团队使用了作为新材料备受关注的“拓扑绝缘体”。
这种物质的内部是类似绝缘体的状态，但其表面可以像金属一样导电。在实验中，研究团队在MTJ上层叠拓扑绝缘体，确认能以低于以往的电流写入。
Pham Nam Hai副教授介绍称，目前“处于证明可以实现基本动作的阶段，今后将开始实用化研究”。实际的MRAM不仅有存储层，还有作为存储层的信息判定标准的参考层等，更加复杂。今后打算以此次的成果为基础加速推进研发。
日文：松元则雄、《日经产业新闻》，2021/11/29
中文：JST客观日本编辑部
