Wyniki wyszukiwania - BazTech

1

Modelling of spintronic devices for application in random access memory

Politanskyi Ruslan, Vistak Maria, Veryga Andriy, Ruda Tetyana

Informatyka, Automatyka, Pomiary w Gospodarce i Ochronie Środowiska

|

2020

|

T. 10, nr 1

62--65

EN

The article analyzes the physical processes that occur in spin-valve structures during recording process which occurs in high-speed magnetic memory devices.Considered are devices using magnetization of the ferromagnetic layer through transmitting magnetic moment bypolarized spin (STT-MRAM).Basic equations are derived to model the information recording process in the model of symmetric binary channel.Because the error probability arises from the magnetization process, a model of the magnetization process is formed, which is derived from the Landau-Lifshitz-Gilbert equations under the assumption of a single-domain magnet. The choice of a single-domain model is due to the nanometer size of the flat magnetic layer. The developed method of modeling the recording process determines the dependence of such characteristics as the bit error probability and the rate of recording on two important technological characteristics of the recording process: the value of the current and its duration. The endresult and the aim of the simulation is to determine the optimal values of the current and its duration at which the speed of the recording process is the highest for a given level of error probability. The numerical values of the transmission rate and error probability were obtained for a wide range of current values (10–1500 μA) and recording time of one bit (1–70 ns),and generally correctly describe the process of information transmission. The calculated data were compared with the technical characteristics of existing industrial devices and devices which are the object of the scientific research.The resulting model can be used to simulate devices using different values of recording currents: STT-MRAM series chips using low current values (500-100 μA), devices in the stage of technological design and using medium current values (100–500 μA) and devices that are the object of experimental scientific research and use high currents (500–1000 μA).The model can also be applied to simulate devices with different data rates, which have different requirements for both transmission speed and bit error probability. In this way, the model can be applied to both high-speed memory devices in computer systems and signal sensors, which are connected to sensor networks or connected to the IoT.

PL

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 badańsą urządzenia wykorzystujące magnetyzację warstwy ferromagnetycznej poprzez przenoszenie momentu magnetycznego za pomocą spolaryzowanegospinu(STT-MRAM).Wyprowadzono podstawowe równania potrzebne do modelowania procesu rejestrowania informacji w modelu symetrycznego kanału binarnego.W związku z tym, żeprawdopodobieństwobłędu wynika z procesu magnesowania,stworzonyjest model procesu magnesowania, który został wyprowadzonyz równań Landaua-Lifshitza-Hilberta przy założeniu magnesu jednodomenowego.Wybór modelu jednodomenowego wynika z nanometrycznej wielkości płaskiej warstwy magnetycznej. Opracowana metoda modelowania procesu rejestrowaniainformacjiokreśla zależność wskaźników, takich jakprawdopodobieństwo błędnegobitu 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 czasutrwania 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 symulacjachurządzeń 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.

2

Spin torque characteristics for the asymmetric non-collinearly polarized ferromagnetic single-electron devices

Kowalik M

Materials Science Poland

|

2008

|

Vol. 26, No. 4

971--975

EN

Spin-transfer torque due to spin polarized current, acting on the magnetic moment of a central electrode (island) of a single-electron ferromagnetic transistor has been theoretically calculated. The magnetic moments of the external electrodes are oriented non-collinearly with respect to the magnetic moment of the island. In an asymmetric situation under consideration, all the electrodes are made of various magnetic materials. The torque is calculated from the spin current absorbed by the island, and electric current flowing through the system is calculated in the sequential transport regime. The asymmetry in tunnelling processes leads to spin accumulation when the spin relaxation time is sufficiently long, which is also taken into account when calculating the spin torque.

3

Current-induced torque in ferromagnetic single-electron devices in the limits of the fast and slow spin relaxation

Kowalik M., Weymann I., Barnaś J.

Materials Science Poland

|

2007

|

Vol. 25, No. 2

453--458

EN

Theoretical analysis of the spin-transfer torque acting on the magnetic moment of the central electrode (island) in a single-electron ferromagnetic transistor has been performed for the spin relaxation time in the island ranging from fast to slow spin relaxation limits. The magnetic configuration of the system can be generally arbitrary. Spin accumulation on the island, due to the spin asymmetry of tunnelling processes, is taken into account. Electric current flowing through the device is calculated in the regime of sequential transport, and the master equation is used to calculate probabilities of different charge and spin states in the island. The torque acting on the central electrode is then calculated from the spin current absorbed by magnetic moment of the island.

4

Current-induced switching of a single-molecule magnet with an arbitrary oriented easy axis

Misiorny M., Barnaś J.

Materials Science Poland

|

2007

|

Vol. 25, No. 4

1235--1241

EN

The main objective of this work was to investigate theoretically how tilting of an easy axis of a singlemolecule magnet (SMM) from the orientation collinear with magnetic moments of the leads affects the switching process induced by current flowing through the system. We consider a model system that consists of a SMM embedded in the nonmagnetic barrier of a magnetic tunnel junction. The anisotropy axis of the SMM forms an arbitrary angle with magnetic moments of the leads (the latter ones are assumed to be collinear). The reversal of the SMM's spin takes place due to exchange interaction between the molecule and electrons tunnelling through the barrier. The current flowing through the system as well as the average z-component of the SMM's spin are calculated in the second-order perturbation description (Fermi golden rule).