自旋分子存储器研究获进展

经典的冯·诺依曼计算机架构中，数据存储与处理分离。由于指令、数据在存储器和处理器之间的高频转移，导致计算机发展的“存储墙瓶颈”与“功耗墙瓶颈”。能否模仿人类的大脑，构建新型器件实现计算和存储一体化，完成低功耗的复杂并行计算？

理论提出的自旋场效应晶体管（自旋FET）同时具有实现数据存储和处理的潜力，具有高速、低能耗及非易失特性。前期工作中，中国科学院国家纳米科学中心孙连峰团队与合作者构建出室温自旋FET。近日，该团队通过实验证明该种自旋FET同时具有存储功能，为实现存算一体化、低功耗、并行计算开辟了新途径。

本研究中，一种“H”结构的器件被构建，左边金属作为传统的电流电压回路，通过一根碳管与右边金属电极相连，而右边金属置于开路状态。由于碳管含有两段沿径向的开口，且开口处存在局域巨磁矩，因此当有电流沿左边金属流动时，引起沿碳管方向的自旋流。这导致右边的金属除了传统的电阻分压，还含有一项自旋流引起的电势。该自旋相关信号的电势（V_non-local）随着栅压变化呈现明显的两个台阶（状态），可作为存储器的非易失电信号，且该信号被外加磁场调控。单壁碳管通常被看作一种直径1.5纳米左右的分子，该存储器的研制表明自旋分子存储器可在室温下工作，为高性能非冯·诺依曼计算机的研制奠定了基础。

相关研究成果以Room-temperature nonvolatile molecular memory based on partially unzipped nanotube为题，发表在Advanced Functional Materials上。新加坡南洋理工大学科研人员参与研究。研究工作得到国家重点研发计划、国家自然科学基金、中科院及广东粤港澳大湾区国家纳米科技创新研究院等的支持。

论文链接

自旋分子存储器的电学特性及其电学测量示意图