工程师们发现了一种金属化合物，它可以使更高效的计算机内存形式更接近商业化，减少计算的碳足迹，实现更快的处理速度，并允许在单个设备而不是远程服务器上进行人工智能训练。
在过去十年中，随着越来越复杂的人工智能（AI）技术的引入，对计算能力的需求呈指数级增长。新的节能硬件设计可以帮助满足这一需求，同时减少计算的能源使用，支持更快的处理，并允许在设备本身内进行人工智能训练。
斯坦福大学工程学院Leland T.Edwards教授Shan Wang表示：“在我看来，我们已经从互联网时代过渡到了人工智能时代。我们希望启用边缘人工智能，即在家用电脑、手机或智能手表上进行本地训练，用于检测心脏病发作或语音识别。要做到这一点，您需要一个非常快速、非易失性的内存。”
Wang教授和他的同事们最近发现了一种材料，可以使新型存储器更接近商业化。近期，在《自然材料》上发表的一篇新论文中，研究人员证明了一种叫做镁钯三的金属化合物薄层具有必要的特性，可以促进一种在电子自旋方向上存储数据的工作记忆形式。这种称为自旋轨道扭矩磁阻随机存取存储器或SOT-MRAM的存储器存储方法有可能比当前方法更快、更有效地存储数据，当前方法使用电荷存储数据并需要连续的电源输入来维持该数据.
Wang教授说：“我们为未来的节能存储元件提供了一个基本的构建模块。“这是非常基础的，但它是一个突破。”
利用电子自旋
SOT-MRAM依赖于称为自旋的电子固有特性。要理解自旋，请将电子想象成一个平衡在职业运动员手指末端的旋转篮球。因为电子是带电粒子，旋转将电子变成一个微小的磁铁，沿其轴极化（在这种情况下，一条从手指延伸的线平衡了球）。如果电子改变自旋方向，磁体的南北两极就会改变。研究人员可以使用该磁性的向上或向下方向（称为磁偶极矩）来表示构成计算机数据位和字节的1和0。
在SOT-MRAM中，流过一种材料（SOT层）的电流会产生特定的自旋方向。这些电子的运动，加上它们的自旋方向，产生了一个扭矩，可以改变相邻磁性材料中电子的自旋方向和相关的磁偶极矩。使用合适的材料，存储磁数据就像切换SOT层中的电流方向一样简单。
但找到合适的SOT材料并不容易。由于硬件的设计方式，当电子自旋方向在z方向上向上或向下时，数据可以更密集地存储。（如果你想象一个盘子里的三明治，x和y方向沿着面包的边缘，而z方向是从中间插入的牙签。）不幸的是，大多数材料在y方向极化电子自旋，如果电流沿x方向流动。
Wang实验室的博士后研究员Fen Xue说：“传统材料只在y方向产生自旋——这意味着我们需要一个外部磁场来使z方向发生切换，这需要更多的能量和空间。为了降低能量并拥有更高的内存密度，我们希望能够在没有外部磁场的情况下实现这种切换。”
研究人员发现镁钯三具有他们需要的特性。这种材料能够在任何方向产生自旋，因为它的内部结构缺乏那种会迫使所有电子进入特定方向的晶体对称性。使用镁钯三，研究人员能够在不需要外部磁场的情况下展示y方向和z方向的磁化切换。虽然手稿中没有证明，在没有外部磁场的情况下，也可以切换x方向的磁化强度。
斯坦福大学的博士后研究员，该论文的第一作者Mahendra DC说：“我们有与其他传统材料相同的输入电流，但我们现在有三个不同的自旋方向。根据应用，我们可以控制我们想要的任何方向的磁化。”
DC和Wang将这些进步归功于多学科和多机构的合作。Wang说：“内布拉斯加大学的Evgeny Tsymbal实验室领导了计算，预测了意想不到的自旋方向和运动，美国国家标准与技术研究所的Julie Borchers实验室领导了测量和建模工作，揭示了镁钯三中复杂的微观结构。这真的需要一个村庄。”
制造可能性
除了其对称破缺结构外，镁钯三还具有其他几个特性，使其成为SOT-MRAM应用的绝佳候选者。例如，它可以在电子产品需要经历的后退火过程中存活下来并保持其特性。
研究人员说：“后退火要求电子元件在400摄氏度下保持30分钟。这是这些设备中新材料面临的挑战之一，镁钯三可以应对。”
此外，镁钯三层是使用称为磁控管溅射的工艺创建的，该技术已用于内存存储硬件的其他方面。
研究人员说：“这种材料不需要新工具或新技术。我们不需要纹理基板或特殊条件来沉积它。”
结果是一种材料不仅具有有助于满足我们不断增长的计算需求的新颖特性，而且可以顺利地适应当前的制造技术。研究人员已经在研究使用镁钯三的SOT-MRAM原型，这些原型将集成到实际设备中。
研究人员表示：“我们目前的技术正在碰壁。所以我们必须弄清楚我们还有什么其他选择。”
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