MODELOWANIE URZĄDZEŃ SPINTRONICZNYCH DO ZASTOSOWANIA W PAMIĘCI O DOSTĘPIE SWOBODNYM RAM

W tym artykule analizowane są procesy fizyczne zachodzące w strukturach zaworów spinowych podczas procesu rejestrowania informacji, który występuje w urządzeniach z szybką pamięcią magnetyczną. Obiektem badań są urządzenia wykorzystujące magnetyzację warstwy ferromagnetycznej poprzez przenoszenie momentu magnetycznego za pomocą spolaryzowanego spinu (STT-MRAM). Wyprowadzono podstawowe równania potrzebne do modelowania procesu rejestrowania informacji w modelu symetrycznego kanału binarnego. W związku z tym, że prawdopodobieństwo błędu wynika z procesu magnesowania, stworzony jest model procesu magnesowania, który został wyprowadzony z równań Landaua-Lifshitza-Hilberta przy założeniu magnesu jednodomenowego. Wybór modelu jednodomenowego wynika z nanometrycznej wielkości płaskiej warstwy magnetycznej. Opracowana metoda modelowania procesu rejestrowania informacji określa zależność wskaźników, takich jak prawdopodobieństwo błędnego bitu i szybkość transmisji informacji, od dwóch ważnych właściwości procesu rejestrowania: natężenia prądu i czasu jego trwania. Końcowym rezultatem i zarazem celem symulacji jest określenie optymalnych wartości natężenia prądu i czasu trwania rejestracji informacji, przy których prędkość procesu zapisu będzie najwyższa dla danego stopnia prawdopodobieństwa błędu. Uzyskano wartości liczbowe dla szybkości transmisji i prawdopodobieństwa błędu dla szerokiego zakresu natężenia prądu (10–1500 μA) i czasu rejestracji jednego bitu (1–70 ns), które ogólnie poprawnie opisują proces transmisji informacji. Wyniki obliczeń zostały porównane ze specyfikacją techniczną istniejących urządzeń przemysłowych i urządzeń będących obiektami badań naukowych. Powstały model można wykorzystać do symulacji urządzeń wykorzystujących różne wartości natężenia prądu: układy szeregowe STT-MRAM wykorzystujące niskie natężenie prądu (500–100 μA), urządzenia na etapie projektowania technologicznego, które wykorzystują średnie natężenie prądu (100–500 μA) oraz urządzenia będące obiektami eksperymentalnych badań naukowych, które wykorzystują wysokie natężenie prądu (500–1000 μA). Model można również zastosować w symulacjach urządzeń o różnych szybkościach transmisji danych, które mają różne wymagania dotyczące zarówno szybkości transmisji, jak i prawdopodobieństwa błędu w jednym bicie informacji. W ten sposób model ten można wykorzystać zarówno w urządzeniach z szybką pamięcią w systemach komputerowych, jak i w czujnikach sygnałów, które są podłączone do sieci czujników lub podłączone do Internetu rzeczy.