大阪大學(xué)的研究人員與國家先進(jìn)工業(yè)科學(xué)技術(shù)研究院(AIST)和格勒諾布爾阿爾卑斯大學(xué)合作，報告了一種通過(guò)高速加熱來(lái)控制納米尺寸磁體方向的有效技術(shù)。研究人員還發(fā)現，納米磁鐵會(huì )放大微波信號。該小組的成就將有助于降低磁阻隨機存取存儲器(MRAM)和人工智能(AI)設備的功耗。這將使AI設備更有效地對其內存進(jìn)行讀寫(xiě)，從而抑制AI功能(如機器學(xué)習和決策)的功耗。這是邁向超級智能社會(huì )的又一步。

降低功率的信息和通信設備消耗意味著(zhù)他們可以繼續運行很長(cháng)一段時(shí)間，即使是在發(fā)生災害時(shí)。自旋電子學(xué)是一個(gè)廣泛研究的領(lǐng)域，其中利用磁隧道結(MTJ)開(kāi)發(fā)了MRAM技術(shù)。MRAM使用磁極的方向存儲信息，因此無(wú)需等待電源即可保留內存。使用這些技術(shù)，研究人員試圖減少AI設備的能耗。

通過(guò)使用較小的電流和電壓來(lái)控制MTJ的磁對準，可以降低器件功耗。但是，自旋轉移矩MRAM(STT-MRAM)的問(wèn)題在于，當其寫(xiě)入速度很高時(shí)，其電壓會(huì )使用大量功率迅速增加。

該研究小組發(fā)現，通過(guò)控制施加的電壓來(lái)改變MTJ中的磁各向異性，可以使用比STT-MRAM少的能量來(lái)寫(xiě)入信息。為了使該方法可行，有必要增加壓控磁各向異性的幅度。除了尋找合適的材料之外，還尋求其他改變磁各向異性的方法。

研究人員通過(guò)焦耳加熱成功地在具有雙重絕緣層的MTJ中引起了巨大的磁各向異性變化。隨著(zhù)MTJ的金屬(自由)層中的溫度升高，磁各向異性改變，因此變得可以改變磁極的方向。他們發(fā)現，磁各向異性取決于焦耳加熱引起的偏置電壓。這表明焦耳加熱引起的溫度升高改變了磁各向異性。當研究人員評估給定電場(chǎng)的磁各向異性變化的最大值時(shí)，熱效應的大小為300 fJ / Vm，幾乎與報告的磁各向異性快速電壓控制的最大值相同( VCMA)使用純電子效果。盡管熱效應電流比VCMA大得多，對于高速應用，它比STT更有效。另外，該值將通過(guò)改善MTJ中的加熱系統而增加。

該研究小組還發(fā)現，利用巨大的磁各向異性變化，MTJ將微波放大。先前已經(jīng)嘗試使用微波頻率磁場(chǎng)來(lái)進(jìn)行微波放大。然而，通過(guò)常規方法獲得的微波功率為0.005，并且沒(méi)有放大。該小組在50 mT磁場(chǎng)和0.4 GHz微波頻率下的微波功率反射率達到1.6。也就是說(shuō)，與輸入微波相比，微波放大了大約60%。

第一作者米諾利藤說(shuō)，“我們的研究是利用自旋電子學(xué)器件的微波放大的第一份報告。該研究將打開(kāi)的方式來(lái)開(kāi)發(fā)高性能微波器件。展望未來(lái)，我們預計我們的技術(shù)將被應用到新的微波與設備高靈敏度和高輸出。這也將有助于MRAM和AI硬件的低功耗技術(shù)。”