（文章來源：量子認知）

我們許多人都知道，隨機存取存儲器（Random Access Memory，縮寫：RAM；也叫主存）是與電腦的中央處理器直接交換數據的內部存儲器。它可以隨時讀寫，而且速度很快，通常作為操作系統或其他正在運行中的程序的臨時數據存儲介質。

與傳統的RAM存儲器不同，磁性隨機存取存儲器（Magnetoresistive Random Access Memory，縮寫為MRAM）中的數據不作為電荷或電流流動存儲，而是由磁存儲元件存儲。 這些元件由兩個鐵磁性板形成，每個鐵磁板可以保持由薄的絕緣層分開的磁化。兩個板之一是設置為特定極性的永磁體；另一個板的磁化可以改變以匹配外部磁場的磁化來存儲存儲器。 這種配置被稱為磁性隧道結，是磁性隨機存取存儲器位的最簡單的結構。存儲設備由這樣的“單元”的網格構建。

東京工業大學（Tokyo Tech）的科學家最近新研發的一種新的材料組合，是基于電子的固有特性自旋的磁性隨機存取存儲器。這項創新可能會勝過當前的存儲設備。他們的突破發表在一項新的研究中，描述了一種利用拓撲材料中與自旋相關的現象的新策略，并且可以促進自旋電子學領域的發展。此外，這項研究為自旋相關現象的潛在機制提供了更多的見解。

自旋電子學是現代技術領域，其中電子的自旋或角動量起主要作用。實際上，集體自旋排列是磁性材料具有奇怪特性的原因，磁性材料通常用于現代電子產品中。研究人員一直在嘗試操縱某些材料中與自旋相關的特性，特別是對于非易失性存儲器。磁性非易失性存儲器（MRAM）在功耗和速度方面將超過當前的半導體存儲技術。

研究人員最近在《應用物理學》雜志上發表了有關單向自旋霍爾磁阻（USMR）的研究，該現象與自旋有關，可用于開發結構簡單的具有單向自旋霍爾效應的磁性非易失性存儲器。自旋霍爾效應導致電子在材料的側面以一定的自旋積累。自旋霍爾效應在被稱為拓撲絕緣體的材料中特別強大，通過將拓撲絕緣體與鐵磁半導體相結合，可以產生巨大的自旋霍爾磁阻。

這樣的材料組合通過支持讀取和寫入操作充當存儲單元。拓撲絕緣體材料的自旋注入會逆轉鐵磁材料的磁化，表示“寫入”操作。此外，自旋注入還可以改變材料的整體電阻，該電阻可以通過代表“讀取”操作的外部電路進行檢測。

當具有相同自旋的電子積聚在兩種材料之間的界面上時，由于自旋霍爾效應，自旋可以注入鐵磁層并翻轉其磁化強度，從而允許進行存儲器寫操作，這意味著存儲設備中的數據可以重寫。同時，由于自旋霍爾磁阻效應，復合結構的電阻隨磁化方向變化。可以使用外部電路來測量電阻，從而允許進行存儲器讀取操作，可以使用與寫入操作相同的電流路徑來讀取數據。

這項研究將可能在自旋電子學的發展中起重要作用，將有利于深入研究強大的電子自旋現象。傳統的磁性非易失性存儲器結構需要大約30個超薄層，這對制造非常具有挑戰性。通過使用自旋霍爾磁阻進行讀出操作，存儲單元僅需要兩層。 通過提高自旋霍爾磁阻比率，這對于基于自旋霍爾磁阻的磁性非易失性存儲器具有極其簡單的結構和快速讀取至關重要。
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