比 DRAM 快 1000 倍！新存储器件实现 40 皮秒切换且几乎零发热

5 月 21 日消息：东京大学研究团队在自旋电子存储领域取得重要进展，成功演示了一种基于反铁磁材料锰锡（Mn₃Sn）的非易失性磁切换器件。

该器件能够在40皮秒（皮秒=万亿分之秒）内完成状态翻转，比DRAM的纳秒级切换速度快约1000倍，且切换过程中温度仅升高约8K，几乎不产生额外热量。

传统超快存储切换往往依赖瞬态高温来打破材料状态稳定性，此前多项皮秒级切换方案在运行时温度会飙升数百开尔文。

而东京大学的方案采用自旋轨道转矩（Spin-Orbit Torque）机制，将角动量直接传递到磁结构中实现状态翻转，无需极端温升。

研究团队在硅基底上制备了Mn₃Sn/Ta多层结构，通过超短电脉冲在两个稳定磁构型之间可靠切换，断电后信息依然保留。

研究团队还演示了一种更具前瞻性的应用，使用通信波段激光和光电二极管产生60皮秒的光电流脉冲，直接驱动磁状态切换。

这意味着光信号可以不经电光转换直接写入存储单元，与当前超大规模数据中心向光互连和硅光子技术演进的方向高度契合。

对AI基础设施而言，这项技术的潜在意义在于解决算力集群的功耗和散热瓶颈，当前GPU集群的功耗不仅来自计算本身，更大量消耗在缓存、内存、存储和互连之间的数据搬运与刷新上。

DRAM需要每秒数千次刷新电荷以保持数据，即使系统空闲也在持续耗电发热，如果自旋电子存储技术未来能够商用化，理论上可以消除内存刷新消耗、降低散热需求、减少待机功耗，甚至模糊内存与存储之间的界限。

不过，该技术目前仍处于实验阶段，当前器件为实验室微型结构，距离可制造的存储芯片仍有相当距离。

论文也指出，实现确定性切换仍需外部偏置磁场，这是商业化应用的一大实际障碍，制造可扩展性、耐久性验证、成本竞争力以及与现有CMOS工艺的集成等问题均有待解决。