Ultra-fast energy efficient ferrimagnetic memory

超快节能亚铁磁存储器

基本信息

  • 批准号:
    1935362
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 40.5万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2019
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2019-09-01 至 2022-08-31
  • 项目状态:
    已结题

项目摘要

The goal of this project is to achieve an in-depth understanding of the physics of a new class of magnetic material: ferri-magnets, and to create a new kind of memory device to resolve the bottleneck in speed and energy beyond today's technologies. The success of the proposed research will surely set an important milestone for next-generation information and communications technology. The research is closely aligned with industrial needs to provide new directions, which may thus fuel another wave of innovation for socio-economic growth. The impact is transformative because it aims at the discovery of novel functional nanomaterials as well as the new physics for high density, high speed, and ultra-high efficient devices. The forefront research will also have a vast educational impact since the research trains students with various education levels, from high school to undergraduate/graduate school (including women and minorities) as well as school teachers in this inter- and multi-disciplinary and emerging fields of physical science, engineering, and computer science, through PI's participation of the outreach programs at UCLA. The training in these emerging disciplines will provide a diverse human capital, versed in scientific methods and experienced in the applications. The educational impact is further amplified by the existing outreach programs established in the UCLA NSF Engineering Research Center. Ultra-fast and energy-efficient memory devices are critical to resolving the limit of speed and energy dissipation for today's computing challenges in the era of big data and artificial intelligence. The proposed research is aimed at realizing a radically different class of memory devices based on insulating ferrimagnetic materials, which can operate at terahertz speed due to the enormous internal exchange field. In particular, these materials usually have low damping, enabling high energy efficiency. The major tasks are to understand and control the dynamics of nearly compensated ferri-magnets and to build ferri-magnetic prototype memories. To accomplish the objective, the proposed research will investigate a series of new insulating ferri-magnets from three perspectives: (1) understanding the fundamental switching mechanism and the interfacial exchange coupling between a compensated ferrimagnet and a large spin-orbit-coupling layer through electrical characterizations, pump-probe, x-ray, and neutron techniques; (2) enabling electrical manipulation of the compensated ferrimagnetic order to be demonstrated by anomalous Hall and magnetoresistance effects; (3) realizing their ultrafast dynamics using electronic ultrashort pulses and optical pump-probing in the picosecond regime. Fundamentally, the research will enable the understanding of the interface coupling and the ferri-magnetic dynamics, resulting in new switching mechanisms. It may provide a new framework for employing spintronics in quantum technology.This award reflects NSF's statutory mission and has been deemed worthy of support through evaluation using the Foundation's intellectual merit and broader impacts review criteria.
该项目的目标是深入了解一类新型磁性材料:铁磁体的物理特性,并创造一种新型存储设备,以解决当今技术无法解决的速度和能量瓶颈。此次研究的成功将成为下一代信息通信技术的重要里程碑。这项研究与工业需求紧密结合,提供新的方向,从而可能推动另一波促进社会经济增长的创新。这种影响是变革性的,因为它旨在发现新型功能纳米材料,以及高密度、高速和超高效率设备的新物理。这些前沿研究还将对教育产生巨大影响,因为通过PI参与加州大学洛杉矶分校的外展项目,这些研究将培养从高中到本科/研究生院(包括女性和少数族裔)的不同教育水平的学生,以及在物理科学、工程和计算机科学等跨学科和多学科新兴领域的学校教师。在这些新兴学科的培训将提供多样化的人力资本,精通科学方法和经验丰富的应用。加州大学洛杉矶分校国家科学基金会工程研究中心现有的外展项目进一步扩大了教育影响。在大数据和人工智能时代,超快速和节能的存储设备对于解决当今计算挑战的速度和能量消耗限制至关重要。提出的研究旨在实现一种基于绝缘铁磁材料的完全不同类型的存储器件,由于巨大的内部交换场,它可以在太赫兹速度下工作。特别是,这些材料通常具有低阻尼,从而实现高能效。主要任务是了解和控制近补偿铁磁体的动力学,并建立铁磁体原型存储器。为了实现这一目标,本研究将从三个方面对一系列新型绝缘铁磁体进行研究:(1)通过电学表征、泵浦探测、x射线和中子技术,了解补偿铁磁体与大自旋轨道耦合层之间的基本开关机制和界面交换耦合;(2)通过异常霍尔效应和磁阻效应证明补偿铁磁序的电操纵;(3)利用电子超短脉冲和皮秒级光泵探测实现其超快动力学。从根本上说,这项研究将使人们能够理解界面耦合和铁磁动力学,从而产生新的开关机制。这可能为自旋电子学在量子技术中的应用提供一个新的框架。该奖项反映了美国国家科学基金会的法定使命,并通过使用基金会的知识价值和更广泛的影响审查标准进行评估,被认为值得支持。

项目成果

期刊论文数量(11)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Electrical and optical characterizations of spin-orbit torque
  • DOI:
    10.1063/5.0045091
  • 发表时间:
    2021-02
  • 期刊:
  • 影响因子:
    4
  • 作者:
    Han-Pin Huang;Hao Wu;Tian Yu;Quanjun Pan;Bingqian Dai;Armin Razavi;Kin Wong;B. Cui;S. Chong;Di Wu;Kang L. Wang
  • 通讯作者:
    Han-Pin Huang;Hao Wu;Tian Yu;Quanjun Pan;Bingqian Dai;Armin Razavi;Kin Wong;B. Cui;S. Chong;Di Wu;Kang L. Wang
Field-free approaches for deterministic spin–orbit torque switching of the perpendicular magnet
  • DOI:
    10.1088/2752-5724/ac6577
  • 发表时间:
    2022-04
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Hao Wu;Jing Zhang;B. Cui;S. A. Razavi;X. Che;Quanjun Pan;Di Wu;Guoqiang Yu;Xiufeng Han;Kang L. Wang
  • 通讯作者:
    Hao Wu;Jing Zhang;B. Cui;S. A. Razavi;X. Che;Quanjun Pan;Di Wu;Guoqiang Yu;Xiufeng Han;Kang L. Wang
Conversion between spin and charge currents in topological-insulator/nonmagnetic-metal systems
拓扑绝缘体/非磁性金属系统中自旋电流和充电电流之间的转换
  • DOI:
    10.1103/physrevb.104.l220407
  • 发表时间:
    2021
  • 期刊:
  • 影响因子:
    3.7
  • 作者:
    He, Haoran;Tai, Lixuan;Wu, Hao;Wu, Di;Razavi, Armin;Gosavi, Tanay A.;Walker, Emily S.;Oguz, Kaan;Lin, Chia-Ching;Wong, Kin
  • 通讯作者:
    Wong, Kin
Enhancement of spin-to-charge conversion efficiency in topological insulators by interface engineering
  • DOI:
    10.1063/5.0049044
  • 发表时间:
    2021-07-01
  • 期刊:
  • 影响因子:
    6.1
  • 作者:
    He, Haoran;Tai, Lixuan;Wang, Kang L.
  • 通讯作者:
    Wang, Kang L.
Unidirectional Spin Hall Magnetoresistance in Antiferromagnetic Heterostructures
反铁磁异质结构中的单向自旋霍尔磁阻
  • DOI:
    10.1103/physrevlett.130.086703
  • 发表时间:
    2023
  • 期刊:
  • 影响因子:
    8.6
  • 作者:
    Cheng, Yang;Tang, Junyu;Michel, Justin J.;Chong, Su Kong;Yang, Fengyuan;Cheng, Ran;Wang, Kang L.
  • 通讯作者:
    Wang, Kang L.
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Palladium-Catalyzed [3+3] Annulation of Vinyl Chromium(0) Carbene Complexes via Carbene Migratory Insertion/Tsuji-Trost Reaction
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Sparse Representation for Different Animal Vertebra Classification along the Fixation Trajectory of Pedicle Screw
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  • 发表时间:
    2020-01
  • 期刊:
  • 影响因子:
    2
  • 作者:
    YangYang Liu;ZhiQiang Wang;Kang Wang;ZhiYu Qian;Yang Gao;WeiTao Li
  • 通讯作者:
    WeiTao Li
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自旋转移扭矩磁性随机存取存储器中的自旋电子处理单元
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  • 发表时间:
    2019-02
  • 期刊:
  • 影响因子:
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  • 作者:
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  • 通讯作者:
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中国深圳 XP-70 绝缘子的自然污染

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  • 通讯作者:
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Collaborative Research: FuSe: R3AP: Retunable, Reconfigurable, Racetrack-Memory Acceleration Platform
合作研究:FuSe:R3AP:可重调、可重新配置、赛道内存加速平台
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    2328974
  • 财政年份:
    2024
  • 资助金额:
    $ 40.5万
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半导体及未来的未来研讨会:设备和技术:将于 2021 年 2 月 8 日至 9 日和 17 日至 18 日虚拟举行。
  • 批准号:
    2111191
  • 财政年份:
    2021
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    $ 40.5万
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    2040737
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    2020
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    1909416
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    2019
  • 资助金额:
    $ 40.5万
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    Standard Grant
Magnetic Skyrmion for Nonvolatile Low-Power Spin-Orbitronics Applications
用于非易失性低功耗自旋轨道电子学应用的磁性斯格明子
  • 批准号:
    1611570
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    2016
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亚铁磁纳米材料中的超快磁等离子体效应
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    1411085
  • 财政年份:
    2014
  • 资助金额:
    $ 40.5万
  • 项目类别:
    Continuing Grant
Diluted Magnetic Germanium Nanowire-Based Nonvolatile Transpinor
基于稀磁锗纳米线的非易失性 Transpinor
  • 批准号:
    1308358
  • 财政年份:
    2013
  • 资助金额:
    $ 40.5万
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    Standard Grant
Seventh International Nanotechnology Conference on Communication and Cooperation (INC7). To be Held May 16-19, 2011, in Tsukuba, Japan.
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  • 批准号:
    1114792
  • 财政年份:
    2011
  • 资助金额:
    $ 40.5万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Conference Grant:Attend the Sixth International Nanotechnology Conference on Communication and Cooperation(INC6)to be Held in Grenoble, France, May 17-20, 2010.
会议资助:参加2010年5月17-20日在法国格勒诺布尔举行的第六届国际纳米技术交流与合作会议(INC6)。
  • 批准号:
    1019028
  • 财政年份:
    2010
  • 资助金额:
    $ 40.5万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Conference Grant for the Fifth International Nanotechnology Conference on Communication and Cooperation. To Be Held in Los Angeles, CA, May 18-21, 2009.
第五届国际纳米技术交流与合作会议的会议补助金。
  • 批准号:
    0920971
  • 财政年份:
    2009
  • 资助金额:
    $ 40.5万
  • 项目类别:
    Standard Grant

相似国自然基金

基于FAST搜寻及观测的脉冲星多波段辐射机制研究
  • 批准号:
    12403046
  • 批准年份:
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FAST连续观测数据处理的pipeline开发
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Highly porous 3-dimensional aeromaterials for energy-efficient, ultra-fast and selective gas sensors
用于高效节能、超快速和选择性气体传感器的高多孔三维航空材料
  • 批准号:
    423187260
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    2019
  • 资助金额:
    $ 40.5万
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    1914875
  • 财政年份:
    2019
  • 资助金额:
    $ 40.5万
  • 项目类别:
    Standard Grant
Mechanisms of ultra-fast excitation energy dissipation in lichens, algae, mosses and plant under drought stress and its application
干旱胁迫下地衣、藻类、苔藓和植物超快激发能量耗散机制及其应用
  • 批准号:
    17K07440
  • 财政年份:
    2017
  • 资助金额:
    $ 40.5万
  • 项目类别:
    Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
Ultra-fast time resolution probing of high-energy-density matter using betatron radiation
使用电子感应加速器辐射对高能量密度物质进行超快时间分辨率探测
  • 批准号:
    471602-2015
  • 财政年份:
    2017
  • 资助金额:
    $ 40.5万
  • 项目类别:
    Postgraduate Scholarships - Doctoral
Ultra-fast time resolution probing of high-energy-density matter using betatron radiation
使用电子感应加速器辐射对高能量密度物质进行超快时间分辨率探测
  • 批准号:
    471602-2015
  • 财政年份:
    2016
  • 资助金额:
    $ 40.5万
  • 项目类别:
    Postgraduate Scholarships - Doctoral
E2CDA: Type I: Collaborative Research: A Fast 70mV Transistor Technology for Ultra-Low-Energy Computing
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  • 批准号:
    1639958
  • 财政年份:
    2016
  • 资助金额:
    $ 40.5万
  • 项目类别:
    Continuing Grant
E2CDA: Type I: Collaborative Research: A Fast 70mV Transistor Technology for Ultra-Low-Energy Computing
E2CDA:类型 I:协作研究:用于超低能耗计算的快速 70mV 晶体管技术
  • 批准号:
    1640053
  • 财政年份:
    2016
  • 资助金额:
    $ 40.5万
  • 项目类别:
    Continuing Grant
E2CDA: Type I: Collaborative Research: A Fast 70mV Transistor Technology for Ultra-Low-Energy Computing
E2CDA:类型 I:协作研究:用于超低能耗计算的快速 70mV 晶体管技术
  • 批准号:
    1640030
  • 财政年份:
    2016
  • 资助金额:
    $ 40.5万
  • 项目类别:
    Continuing Grant
Observation of Ultra-High Energy Cosmic Rays and Measurement of Their Mass Composition with a New-Type Fluorescence Detector
新型荧光探测器观测超高能宇宙线及其质量组成
  • 批准号:
    16J04564
  • 财政年份:
    2016
  • 资助金额:
    $ 40.5万
  • 项目类别:
    Grant-in-Aid for JSPS Fellows
Ultra-fast time resolution probing of high-energy-density matter using betatron radiation
使用电子感应加速器辐射对高能量密度物质进行超快时间分辨率探测
  • 批准号:
    471602-2015
  • 财政年份:
    2015
  • 资助金额:
    $ 40.5万
  • 项目类别:
    Postgraduate Scholarships - Doctoral
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