Ni₄W-minnegjennombrudd muliggjør magnetfri omskifting

De siste teknologiske fremskrittene, fra big data til kunstig intelligens (AI) til tingenes internett (IoT), samler inn og behandler enorme mengder data. For dette trenger de høy energieffektivitet, lav latens ved dataoverføring og høyhastighetsbehandling. 

Her er fremskritt innen høyytelsesberegning (HPC) avgjørende for å forbedre databehandlingskapasiteten, ved å utnytte parallell prosessering, kraftig maskinvare og avansert programvare.

Imidlertid er minnetilgang ofte flaskehalsen, noe som skaper et sterkt behov for minneteknologi som er kompatibel med disse kravene.

Minneteknologi gjør det mulig å få tilgang til, lagre og endre data. Informasjonen representeres her som samlinger av biter, hvor hver bit er enten null eller én (alternativt sann eller falsk).

Ideelt sett leser og skriver minnet i ubetydelig tid, bruker lite strøm, opptar ubetydelig plass og beholder sin lagrede verdi på ubestemt tid. Men selvfølgelig oppfyller ingen minneteknologi i praksis disse ideelle betingelsene. Ulike teknologier har sine egne styrker og svakheter, og det finnes ingen entydig beste minneteknologi.

Minneteknologi er hovedsakelig delt inn i to kategorier:

• Flyktig
• Ikke-flyktig

Dette er basert på celleutformingen. Celler er de grunnleggende enhetene i minnet, egentlig en ‘matrise’ av minneceller, hvor hver celle lagrer én bit med data, og egenskapene til en enkelt celle gjenspeiler egenskapene til hele matrisen.

Et flyktig minne er ett som fungerer så lenge det er strømforsynt og mister den lagrede informasjonen når strømmen slås av. Derfor kan denne typen minne brukes til midlertidig lagring av data.

Et ikke-flyktig minne, derimot, beholder sin lagrede verdi selv når strømmen fjernes. For denne typen minne brukes avansert halvlederteknologi, da det er mer utfordrende å produsere og vanskelig å skrive til elektronisk.

Med den økende tilgjengeligheten av mer avansert minneteknologi på markedet, blir skillet mellom disse to minnekategoriene stadig mer uklart.

Gjennombrudd innen minneteknologi

Gitt viktigheten av minneteknologi for driften og ytelsen til ulike elektroniske enheter og systemer, da den gjør det mulig for datamaskiner og andre enheter å lagre og hente informasjon som trengs for bruk, har forskere kontinuerlig utforsket nye måter å gjøre den mer effektiv på.

Gjennom årene har flere gjennombrudd revolusjonert teknologien. Med mål om å overvinne begrensningene i dagens RAM‑ og lagringsløsninger, driver pågående forskning frem raskere, mer energieffektiv databehandling og muliggjør nye applikasjoner innen områder som AI og nevromorfisk beregning.

PCM og lavstrømsinnovasjoner

Noen av de viktigste fremskrittene på dette området inkluderer nye PCM‑materialer (Phase Change Memory) for å skape en enkelt minnetype som kombinerer hastigheten til RAM med ikke‑flyktigheten til flash‑lagring.

I PCM‑verdenen oppdaget forskere sent i fjor oppdaget¹ en ny teknikk for å senke energikravene til PCM med opptil en milliard ganger.

«En av grunnene til at faseendringsminneenheter ikke har oppnådd bred bruk, er energikravene», sa forfatter Ritesh Agarwal, professor i materialvitenskap og ingeniørfag ved Penn Engineering, noe som betyr at potensialet i funnene fra denne nye teknikken er «enormt» for design av lavstrøms minneenheter.

Denne spesifikke oppdagelsen baserer seg på de unike egenskapene til indiumselenid (In2Se3), et halvledermateriale som viser både piezoelektriske (materialer som fysisk deformeres når de utsettes for en elektrisk ladning) og ferroelectric (materialer som kan generere et internt elektrisk felt uten å kreve en ekstern ladning) egenskaper. 

Da indiumselenid ble utsatt for en kontinuerlig strøm, observerte forskerne at deler av den amorferte, noe som forstyrret den krystallinske strukturen og åpnet «et nytt felt for de strukturelle transformasjonene som kan skje i et materiale når alle disse egenskapene samles».

Multiferroiske materialer & effektiv datalagring

Multiferroiske materialer som viser både ferroelectric og ferromagnetiske egenskaper for destruktivfri datalagring blir også utforsket av forskere. 

Et slikt materiale er kobolt‑substituert BiFeO3 (BiFe0.9Co0.1O3, BFCO), som viser sterk magnetoelektrisk kobling, noe som gir en energieffektiv måte å skrive data på. I fjor utviklet forskere fra Tokyo Institute of Technology utviklet² BFCO‑nanodotter med enkelt ferroelectric og ferromagnetisk domener.

I år gjorde forskerne fremskritt³, bygget på forskningen for å demonstrere praktisk omskiftningsfunksjonalitet i orienterte tynne filmer. Den dynamiske kontrollen viser ekte elektrisk‑felt‑drevet magnetiseringsomskifting i et mer enhetskompatibelt format.

Ferroelectric‑løsninger & nye minnedesign

Chiplet‑teknologi er en annen tilnærming hvor flere mindre brikker, eller chiplet‑er, monteres på et substrat som kobler dem sammen, noe som gir høyere minnebåndbredde og tetthet. Samtidig fortsetter fremskritt innen NAND‑flash og DRAM‑teknologier mot mindre prosessnoder, med fokus på å øke båndbredde og energieffektivitet.

Mens NAND‑flashminne er en av de mest utbredte teknologiene for masse‑dataplassering på grunn av evnen til å lagre mer data på samme område ved å stable celler i en 3D‑struktur, er det avhengig av ladningsfeller for å lagre data, noe som medfører høyere driftsspenninger og lavere hastigheter.

En lovende løsning på dette er hafnia‑basert (hafnium‑oksid) ferroelectric‑minne, men utfordringen er begrenset lagringskapasitet.

Et team fra POSTECH løste dette problemet⁴ ved å doppe de ferroelectric materialene med aluminium, noe som skapte høyytelses ferroelectric tynne filmer. I tillegg benyttet de en innovativ metall‑ferroelectric‑metall‑ferroelectric‑halvleder (MFMFS) struktur, i stedet for den vanlige MFS‑strukturen.

Dette gjorde dem i stand til å kontrollere spenningen i hvert lag ved finjustering av faktorer som lagtykkelse og arealforhold. Som et resultat oppnådde teamet et minnevindu som overstiger 10 volt (V), i motsetning til kun 2 V i konvensjonelle enheter.

Spin‑Orbit‑Torque og utviklingen av magnetisk minne

Selv kvanteberegning får stor oppmerksomhet som en fremvoksende teknologi som baner vei for kraftigere, mer effektive og allsidige databehandlingsenheter i fremtiden.

Deretter finnes den energieffektive Spin‑Orbit‑Torque Magnetiske Random Access Memory (SOT‑MRAM), hvor elektriske strømmer brukes til å skifte magnetiske tilstander og oppnå høy hastighet og lavt strømforbruk.

Tidligere i år delte et forskerteam fra JGU Institute of Physics sin innovasjon⁵ basert på SOT‑MRAM, som viser potensial til å redusere energiforbruket med over 50 % og øke effektiviteten med 30 %. Den reduserer også inngangsstrømmen som trengs for magnetisk omskifting for å lagre data med 20 % og oppnår en termisk stabilitet som sikrer langvarig datalagring.

Fotontisk og magneto‑optisk minne

Å kontrollere optiske minnebrikker med lys og magneter er enda en måte å forbedre behandlingshastighet og effektivitet på.

I en utvikling designet forskere en programmerbar fotonisk latch⁶ bygget på en silisium‑fotonsk plattform. Hver minneenhet i systemet drives av sin egen lyskilde, noe som gjør at flere enheter kan fungere uavhengig. Dette forhindrer signaldegradering som optisk krafttap kan forårsake, og gjør arkitekturen mer skalerbar for større systemer.

Farshid Ashtiani fra Nokia Bell Labs forklarte potensialet:

«Store språkmodeller som ChatGPT er avhengige av enorme mengder enkle matematiske operasjoner, som multiplikasjon og addisjon, utført iterativt for å lære og generere svar.»

Og selv om fullskala optiske datamaskiner fortsatt er flere år unna, representerer dette optiske minnet et betydelig steg i den retningen.

Imens viste et annet team en ny magneto‑optisk minneteknologi⁷ som bruker cerium‑substituert yttrium‑jern‑garnett (Ce:YIG). Dette materialet viser justerbar optisk oppførsel når det utsettes for magnetiske felt. Ved å integrere mikroskopiske magneter kunne forskerne lagre og manipulere data gjennom endringer i lyspropagasjon.

På denne måten introduserte de en ny klasse av magneto‑optiske minne som har omskiftningshastigheter 100 ganger raskere enn avansert fotonisk integrert teknologi og bruker omtrent en tiendedel av energien. Magneto‑optiske minne kan også skrives om mer enn 2,3 milliarder ganger.

Ni₄W: Feltfri magnetisering oppnådd

Forskere fra University of Minnesota Twin Cities har nå rapportert en ny prestasjon innen minneteknologi.

Publisert i det fagfellevurderte vitenskapelige tidsskriftet Advanced Materials, studien detaljert utviklingent⁸, som involverte bruk av Ni₄W, en legering av nikkel og wolfram. Dette metallet snur magnetismen uten å kreve magneter, og viser dermed potensial til å drive neste generasjons elektronikk.

Med teamet som viser en måte å produsere spinnstrømmer for å kontrollere magnetisering i enheter, åpner studien døren til billigere, raskere og mer effektive dataminnes- og logiske enheter.

Omskifting av metallens magnetisme uten magneter

Med den økende etterspørselen etter fremvoksende minneteknologi utforsker forskere aktivt ulike alternativer til eksisterende minneløsninger som kan øke funksjonaliteten til hverdags‑teknologi samtidig som de bruker mindre energi.

Dermed vendte forskere ved University of Minnesota seg til et nytt materiale for å gjøre dataminnet raskere og mer energieffektivt.

Materialet er en nikkel‑tungsten‑legering, en materialklasse kjent for sin høye tetthet, styrke og motstand mot slitasje og korrosjon. I disse legeringene påvirker den spesifikke sammensetningen av metallene deres egenskaper.

I denne studien brukte forskerne Ni₄W, et materiale som viser kraftige magnetiske kontroll‑egenskaper.

For å velge Ni₄W søkte teamet først i materialdatabasen etter potensielle kandidater med stabile faser innen I4/m romgruppe, deretter brukte de tetthetsfunksjonell teori (DFT) beregninger, som identifiserte Ni₄W som den mest lovende kandidaten på grunn av høy teoretisk SOT‑effektivitet og som grunnstilstand for Ni‑W binært intermetallisk system.

Teamet verifiserte eksistensen av ukonvensjonell spin Hall‑ledningsdyktighet (USHC) for Ni₄W (100) så vel som Ni₄W (211), men valgte å fokusere eksperimentelle innsats på sistnevnte på grunn av dens bedre SOT‑effektivitet, som overgikk den første.

«Teoretiske beregninger bekrefter at Ni₄W (211) er omtrent den mest optimale krystallorienteringen for USHC», bemerket studien, og la til at dens hexagon‑lignende gitterstruktur gjør den lettere å dyrke eksperimentelt.

Materialet kan gjøre dataminnet raskere samt betydelig redusere energibruken i elektroniske enheter. Forskerne har sikret et patent på teknologien.

«Ni₄W reduserer strømforbruket ved skriving av data, og kan potensielt kutte energibruken i elektronikk betydelig», sa seniorforfatter Jian‑Ping Wang, som er Distinguished McKnight Professor og Robert F. Hartmann Chair i avdelingen for elektroteknikk og datateknikk (ECE) ved U of M.

I motsetning til konvensjonelle materialer tillater den lavsymmetriske Ni₄W «feltfri» omskifting. Det betyr at materialet kan skifte sine magnetiske tilstander uten behov for magneter. Ved å generere spinnstrømmer i flere retninger gjør Ni₄W det mulig å snu magnetiske tilstander «feltfritt» uten eksterne magnetfelt.

I sitt arbeid gir teamet ny innsikt i materialet samtidig som de viser en mer effektiv tilnærming for å kontrollere magnetisering i små elektroniske enheter ved bruk av denne kombinasjonen av nikkel og wolfram.

I henhold til studien fant forskerne at Ni₄W genererer sterk spin‑orbit‑torque (SOT), en måte å manipulere magnetisme i neste generasjons minneteknologier.

SOT er en fremvoksende teknologi som tillater effektiv manipulering av spintroniske enheter, som utnytter den iboende spinnet til elektroner samt deres ladning, for å lagre og manipulere informasjon.

Denne mekanismen oppstår fra effektene av spin‑orbit‑kobling (SOC), som den anomale Hall‑effekten (AHE), spin Hall‑effekten (SHE) og Rashba‑effekten, og viser overlegen ytelse når det gjelder effektivitet og hastighet.

Selv om SOT tilbyr en effektiv måte å manipulere magnetiseringen av ferromagnetiske materialer (som viser permanent magnetisering og har et permanent magnetisk moment i fravær av et eksternt felt) i minneenheter, er konvensjonelle SOT‑materialer som tunge metaller og topologiske isolatorer begrenset av sin høye krystallsymmetri.

Som et resultat bruker forskere enten materialer med lav symmetri eller bryter den høye symmetrien ved hjelp av et eksternt magnetisk felt for å produsere ukonvensjonelle spinnstrømmer, noe som muliggjør feltfri deterministisk omskifting av perpendikulær magnetisering.

Til tross for fremgangen forblir SOT‑effektiviteten til disse materialene lav, noe som begrenser deres praktiske anvendelse. Dette er imidlertid ikke tilfelle med det nye materialet, som viser en høy SOT‑effektivitet på 0,3 ved romtemperatur.

«Vi observerte høy SOT‑effektivitet med flere retninger i Ni₄W både alene og når det er lagdelt med wolfram, noe som peker på dets sterke potensial for bruk i lav‑strøm, høy‑hastighets spintroniske enheter.»

– Papirets med‑første forfatter Yifei Yang, som er femteårs Ph.D.-student i Wang‑gruppen

En høy SOT‑effektivitet på 0,73 ble også observert i W/Ni₄W (5 nm), men dette kan skyldes ekstrinsiske effekter.
Det bemerkelsesverdige er at det nye materialet er laget av vanlige metaller og dermed kan produseres ved bruk av standard industrielle prosesser. Denne produksjonslettheten gjør det til en lavkostnadsprosess, som igjen gjør Ni₄W attraktivt for industripartnere. Dette betyr også at teknologien kan implementeres i hverdagsprodukter som telefoner og smartklokker enkelt og i nær fremtid.

«Vi er svært begeistret for at våre beregninger bekreftet valget av materialet og den eksperimentelle SOT‑observasjonen.»

– Papirets med‑første forfatter Seungjun Lee, postdoktor i ECE

Studien har dermed funnet at Ni₄W er et lovende ukonvensjonelt SOT‑materiale for energieffektive spintroniske enheter. Siden det er billig å produsere, kan det finne bred anvendelse i enheter som telefoner så vel som datasentre, og gjør fremtiden for elektronikk både smartere og mer bærekraftig.
I de neste stegene vil teamet dyrke disse materialene inn i en enhet, mindre enn deres tidligere arbeid.

Investering i minneteknologi

Micron Technology (MU ), en ledende aktør innen DRAM, NAND og høy‑båndbredde minneløsninger, investerer tungt i neste generasjons minne, som HBM, for AI‑arbeidsbelastninger. I fremtiden kan vi forvente at selskapet integrerer nye løsninger, som spintronisk eller SOT‑basert minne, når de blir kommersielt levedyktige.

Micron Technology (MU )

Med en markedsverdi på 126,7 milliarder dollar, handles MU‑aksjer for øyeblikket til 112,78 $, opp 34,54 % så langt i år. Den har en EPS (TTM) på 5,52 og en P/E (TTM) på 20,53. Utbytteavkastningen som aksjonærene kan oppnå er 0,41 %.

Når det gjelder selskapets finansielle posisjon, rapporterte det 9,30 milliarder dollar i inntekter for tredje kvartal av regnskapsåret 2025, som avsluttet 29. mai 2025. Dette representerer en økning på 15,5 % fra forrige kvartal og en økning på 36,5 % fra samme periode i fjor.

GAAP nettoinntekt for perioden var 1,89 milliarder dollar, eller 1,68 $ per utvannet aksje, og non‑GAAP nettoinntekt var 2,18 milliarder dollar, eller 1,91 $ per utvannet aksje. Driftskontantstrømmen økte også til 4,61 milliarder dollar.

Micron avsluttet kvartalet med 12,22 milliarder dollar i kontanter, lett omsettelige investeringer og restriktive kontanter.

Den rekordhøye inntekten, bemerket administrerende direktør Sanjay Mehrotra, ble drevet av historisk høy DRAM‑inntekt, inkludert nesten 50 % sekvensiell vekst i HBM‑inntekter. Inntekter fra datasentre nådde også en rekord i kvartalet, mens forbruker‑orienterte sluttmarkeder viste sterk sekvensiell vekst.

«Vi er på rett vei for å levere rekordinntekter med solid lønnsomhet og fri kontantstrøm i regnskapsåret 2025, samtidig som vi gjør disiplinerte investeringer for å bygge på vår teknologiledelse og produksjonsekspertise for å tilfredsstille den økende AI‑drevne minneetterspørselen.»

– Administrerende direktør Sanjay Mehrotra

Midt i alt dette kunngjorde selskapet at deres HBM3E 36 GB 12‑high tilbud vil bli integrert i AMDs neste generasjons GPU‑er (Instinct™ MI350 Series), som er kritisk for trening av store AI‑modeller og håndtering av komplekse HPC‑arbeidsbelastninger som databehandling og beregningsmodellering.
Micron kunngjorde også en amerikansk ekspansjonsplan på 200 milliarder dollar som inkluderer innenlandsk minneproduksjon og FoU, som forventes å skape 90 000 direkte og indirekte jobber. Samtidig fullførte selskapet en direkte finansiering på 275 millioner dollar i CHIPS‑loven.

Siste nyheter og utviklinger for Micron Technology (MU) aksjer

Avsluttende tanker om fremtiden for minneteknologi

Minneteknologi fortsetter å utvikle seg og omforme grunnlaget for moderne databehandling. Fra faseendringsinnovasjoner til spintroniske gjennombrudd, lover alle disse fremskrittene raskere, mer energieffektive og skalerbare løsninger for AI, big data og neste generasjons forbrukerelektronikk.

Den siste oppdagelsen av Ni₄W‑legeringen, med sin feltfrie magnetiseringsomskifting, kan vise seg å være en spillveksler, som brolegger gapet mellom kostnadseffektivitet og høy‑ytelses minneløsninger og potensielt baner vei for bred adopsjon av spin‑orbit‑torque‑minne i mainstream‑elektronikk i de kommende årene.

Klikk her for en liste over de beste ikke‑silisium datamaskinselskapene.

Referanser:

1. Modi, G.; Parate, S. K.; Kwon, C.; Han, S. H.; Kim, Y.; Wang, X.; Lee, S.; Wu, L.; Kwon, J.; Kim, K.; Zhang, Y.; Milliron, D. J.; Duerloo, K.-A. N.; Kim, M. J.; Jeong, Y.; Park, J. Electrically Driven Long-Range Solid-State Amorphization in Ferroic In₂Se₃. Nature, 635, 847–853 (2024). Publisert online 6. november 2024. https://doi.org/10.1038/s41586-024-08156-8
2. Ozawa, K.; Nagase, Y.; Katsumata, M.; Shigematsu, K.; Azuma, M. Electric-Field Control of the Magneto-Optical Effect in a Transparent Perovskite Oxide. ACS Applied Materials & Interfaces, 16 (16), 20930–20936 (2024). Publisert online 24. april 2024. https://doi.org/10.1021/acsami.4c01232
3. Itoh, T.; Shigematsu, K.; Das, H.; Meisenheimer, P.; Maeda, K.; Lee, K.; Manna, M.; Reddy, S. P.; Susarla, S.; Stevenson, P.; Ramesh, R.; Azuma, M. Electric‑Field‑Driven Reversal of Ferromagnetism in (110)‑Oriented, Single‑Phase, Multiferroic Co‑Substituted BiFeO₃ Thin Films. Advanced Materials, publisert online 28. april 2025, e2419580. https://doi.org/10.1002/adma.202419580
4. Kim, I.–J.; Lee, J.–S.; … Lee, J.–S. Unlocking Large Memory Windows and 16-Level Data‑Per‑Cell Memory Operations in Hafnia‑Based Ferroelectric Transistors. Science Advances, publisert online 7. juni 2024, 10 (23): eadn1345. https://doi.org/10.1126/sciadv.adn1345
5. Gupta, R.; Bouard, C.; Kammerbauer, F.; Ledesma‑Martín, J. O.; Bose, A.; Kononenko, I.; Martin, S.; Usé, P.; Jakob, G.; Drouard, M.; Kläui, M. Harnessing Orbital Hall Effect in Spin‑Orbit Torque MRAM. Nature Communications, 16, 130 (2025). Mottatt 18. september 2024; Akseptert 12. desember 2024; Publisert 2. januar 2025. https://doi.org/10.1038/s41467-024-55437-x
6. Goto, T.; Onbaşli, M. C.; Ross, C. A. Magneto-Optical Properties of Cerium‑Substituted Yttrium Iron Garnet Films with Reduced Thermal Budget for Monolithic Photonic Integrated Circuits. Optics Express, 20 (27), 28507–28517 (2012). Mottatt 24. oktober 2012; Revidert 20. november 2012; Akseptert 21. november 2012; Publisert online 10. desember 2012. https://doi.org/10.1364/OE.20.028507
7. Pintus, P.; Dumont, M.; Shah, V.; Murai, T.; Shoji, Y.; Huang, D.; Moody, G.; Bowers, J. E.; Youngblood, N. Integrated Non‑Reciprocal Magneto‑Optics with Ultra‑High Endurance for Photonic In‑Memory Computing. Nature Photonics, 19, 54–62 (2025). Mottatt 18. januar 2024; Akseptert 14. september 2024; Publisert 23. oktober 2024. https://doi.org/10.1038/s41566-024-01549-1
8. Yang, Y.; Lee, S.; Chen, Y. C.; Jia, Q.; Dixit, B.; Sousa, D.; Odlyzko, M.; Garcia‑Barriocanal, J.; Yu, G.; Haugstad, G.; Fan, Y.; Huang, Y. H.; Lyu, D.; Cresswell, Z.; Liang, S.; Benally, O. J.; Low, T.; Wang, J. P. Large Spin‑Orbit Torque with Multi‑Directional Spin Components in Ni₄W. Advanced Materials, publisert online 15. mai 2025, e2416763. https://doi.org/10.1002/adma.202416763