《自旋轉移矩磁存儲器的靜動態特性微磁仿真與分析》是依託太原理工大學，由劉喆頡擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：自旋轉移矩磁存儲器的靜動態特性微磁仿真與分析
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：劉喆頡
- 依託單位：太原理工大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
在未來多用途存儲器方面，自旋轉移矩隨機存儲器件(STT-RAM)有著廣闊的套用前景，因而其靜動態特性在實驗和理論上引起人們的廣泛研究。但是，隨著STT-RAM物理尺寸進一步減小，經典微磁模型已不能很好描述影響磁矩翻轉的界面效應、熱漲落效應，以及熱輔助磁矩翻轉等效應。雖然原子自旋模型可以解決此問題，但其計算量卻非常巨大。本項目將基於原子自旋模型和多個GPU 並行計算技術，結合多尺度、多重格線、快速多極子等數值算法優勢，開發在納米尺度上高效處理實際磁存儲系統的微磁仿真計算平台。基於此軟體平台，(1)研究STT-RAM的材料性質、結構特徵與系統熱穩定性的關係，設計具有優良熱穩定性的器件，並探討其物理尺寸極限；(2)研究雷射、微波等能量輔助式磁翻轉方案STT-RAM靜態和動態特性的影響，設計具有潛在套用價值的STT-RAM器件方案。本項目將為自旋轉移矩在納米磁電器件方面的套用提供理論依據。
結題摘要
本課題對納米磁性材料的微磁分析方法和數值計算技術進行了深入的研究，並在此基礎上開發了微磁分析程式。重點研究的對象是作為自旋轉移矩–磁存儲器（STT-MRAM）基本單元的磁隧穿效應結(MTJ)。針對各具有不同功能器件的MTJ單元，如磁存儲，磁振盪器，和低噪聲磁場探測器，建立了基於自旋電子學的宏自旋模型，和基於有限差分法的三維微磁學數字分析模型，並以此作為其磁矩靜、動態過程的分析工具。對目前這一領域中的微磁計算技術的關鍵方法進行了研究並通過計算程式加以實施，包括多尺度建模、多重格線算法、快速多級 子算法等先進數值計算技術， 和GPU 的大規模並行化技術。開發出一套適用於磁性多層結構的微磁模擬的計算軟體。並以此為平台， 對 STT-RAM 器件的磁矩翻轉過程與磁性材料性質、結構形狀，及熱漲落之間的關係進行了探討。該微磁計算平台可以用於STT-RAM磁存儲器，磁振盪器，和磁場探測器的設計，探討具有套用前景的磁電子器件的性能。針對一些具體的微磁分析問題與國際上已被採用的開源微磁仿真軟體的結果做了比較。基於自主開發的計算軟體，對MTJ磁震盪問題進行了深入探討，研究了自旋極化電流與射頻磁震盪的關係，特別是研究了零場震盪這個對納米MTJ磁震盪器的套用具有關鍵性意義的問題。並對微波輔助磁寫頭，特別是對納米自旋矩震盪器進行了微磁仿真並針對其對磁介質磁矩動態過程的影響進行了分析研究。在項目進行過程中，課題組追蹤此領域的技術發展，對近期出現的利用自旋霍爾效應的磁性隨機存儲器(Spin Hall Effect –MRAM)的微磁學問題進行了分析研究。此外，對於具有潛在套用價值的新穎磁電子器件，課題組還對基於MTJ的感測器在微弱磁場探測方面的套用進行了初步的探討。並取得一些結果。 通過本項目的實施，研究組掌握了納米磁性材料微磁分析的技術與方法，積累了編寫微磁計算程式的經驗，並初步建立了基於GPU並行計算技術的微磁仿真的軟、硬體平台，該平台可支持微磁-經典電磁場耦合問題的分析計算。課題組也初步建立了納米磁性結構實驗研究以及弱磁場探測試驗的能力。通過本項目，一批從事納米磁性器件及微磁分析與計算研究的科研人員得到了系統的培養和鍛鍊，其中包括青年教師，博士生和碩士研究生。項目執行期間，課題組累計發表科技論文18篇，申請發明專利6項，已授權4項，申請軟體著作權1項。
