近觀賽道內存

在將近15年的時間里，科學家們一直探索在磁疇壁（magnetic domain wall）內存儲信息的可能性，磁疇壁是磁性材料內不同磁域（或"疇"）之間的界面。目前，控制磁疇壁十分復雜且花費不菲，并且需要耗費大量的能量來產生實現這一切所需的電場。在這篇記述了里程碑成果，題為"電流控制的磁疇壁納米線移位寄存器（Current-Controlled Magnetic Domain-Wall Nanowire Shift Register）"的論文中，Parkin博士及其團隊描述了如何克服這一久已存在的難題，利用自旋極化電流與磁疇壁中磁化作用之間的交互作用；在磁疇壁中產生一種自旋轉移矩（spin transfer torque），從而令其移動。使用自旋動量轉移大大簡化了內存設備，因為電流可以直接通過疇壁傳輸電流而無需任何額外的電場發生器（field generator）。

在這篇描述了賽道基本原理，題為"磁疇壁賽道內存"（Magnetic Domain-Wall Racetrack Memory）的綜述論文中，Parkin博士及其同事描述了如何利用磁疇在磁性材料柱（"賽道"）上來存儲信息，這些賽道垂直或水平排列在硅圓表面。磁疇壁隨后在柱體的內部形成，描繪出沿賽道反方向（如：上或下）被磁化的區域。每個疇都擁有一個"頭"（正或北極）和一個"尾"（負或南極）。賽道上連續的磁疇壁在"頭對頭"和"尾對尾"之間交替配置。磁疇壁之間的間距（即位長）由沿賽道配置的釘扎點（pinning site）進行控制。

科學家在論文中描述了使用水平鎳鐵導磁合金（permalloy）納米線來實現磁疇壁的連續創建、移動和偵測，為此他們使用了納秒時長可控的自旋極化電流脈沖。磁疇壁的寫入和轉移周期只有數十納秒。這些結果展現了磁移位寄存器的基本理念，利用自旋動量轉移現象來移動一系列緊密相連的磁疇壁，在移動磁疇壁中存儲信息已擁有數十年的歷史，而此次的創新無疑是對該技術的全新利用。

研究人員希望最終演化成三維賽道，構建出新穎的三維賽道內存設備，這種設備轉型自傳統的硅元素微電子設備和硬盤驅動器中常見的二維晶體管及磁數據位陣列。實現三維構建的賽道內存將不遵從于摩爾定律，并將為開發成本更低、速度更快的設備提供新的可能性。

快行道上的賽道內存

Parkin博士在賽道內存領域取得的突破基于他先前在內存技術方面所取得的成就，包括自旋閥、磁隧道結（MTJ，Magnetic Tunnel Junction）以及在磁性RAM（MRAM）領域取得的突破。

賽道內存體現了金屬自旋電子學領域的最新進展。讀取數據的自旋閥頭可將過去十年中所使用的硬盤驅動器的存儲容量提高一千倍；MTJ因擁有更高的電場強度而正在逐漸取代自旋閥。另外，MTJ還是現代MRAM的基礎，這項技術使用一個電極的磁矩來存儲一個數據位。而MRAM使用一個單獨的MTJ元件來存儲和讀取一個數據位，硬盤驅動器使用一個自旋閥或MTJ傳感元件來讀取一個現代驅動器中約100GB的數據，而賽道內存則是使用一個傳感設備來讀取10到100個數據位。

深入理解自旋極化電流與磁矩之間的交互作用十分必要。Parkin博士表示："舉例來說，這可能會降低控制或移動疇壁所需的電流密度。這將會進一步減少賽道內存所需的電力，并支持能耗更低的設備。我們希望通過探索多種材料和結構，為電流驅動磁疇壁動力學提供全新洞察，并制造出我們從前難以想象的基于磁疇壁的內存甚至邏輯設備。這不僅會改變我們考慮存儲的方法，而且會改變我們對于信息處理的方法。我們正在步入一個更加以數據而非計算為中心的世界。"