Японские учёные создали квантовую магнитную память быстрее DRAM в 25 раз

Учёные Токийского университета и центра RIKEN CEMS представили принципиально новый тип памяти, основанный на квантово-механических явлениях. Вместо обычного электрического тока элемент переключается за счёт переноса спин-орбитального момента электрона — это позволяет достичь скорости работы в 25 раз выше, чем у современных SRAM и DRAM, при этом почти без рассеивания тепла.

Ключевой материал разработки — антиферромагнетик станнид тримарганца (Mn3Sn). Его особенность в том, что атомы марганца расположены в специальной «кагоме»-решётке с магнитными моментами под углом 120° друг к другу. При этом материал демонстрирует гигантский аномальный эффект Холла, ведя себя как ферромагнетик, хотя его полная намагниченность близка к нулю. Благодаря этому Mn3Sn быстро и сильно реагирует на привнесённый спин-орбитальный момент без необходимости в больших токах.

Прототип переключается всего за 40 пикосекунд — это примерно в 25 раз быстрее лучших коммерческих решений. Столь короткие управляющие импульсы не позволяют элементу разогреться, что критически важно для дата-центров и AI-ускорителей. Исследователи также продемонстрировали стабильность в 1012 циклов переключения — недостижимый для современной энергонезависимой памяти показатель.

Отдельный прорыв — интеграция фотонных технологий. Переключение возможно не только электрическими сигналами, но и 60-пикосекундными фототоками от лазера телекоммуникационного диапазона (1550 нм). Это открывает путь к прямому интерфейсу между оптоволоконными каналами и магнитной памятью без промежуточной КМОП-логики — особенно ценно для современных дата-центров, где оптика уже работает в этом диапазоне.

Если технология масштабируется до интегральных схем, она может стать основой для энергонезависимых процессоров с мгновенным переключением и минимальным потреблением. Это решает двадцатилетнюю задачу индустрии — создать память, сочетающую скорость DRAM с энергонезависимостью флеш-памяти.