Paměťový obor prochází v posledních letech radikálními změnami a urychlováním vývoje. Kdo by si před deseti lety pomyslel, že tu budeme mít superrychlé 2GB DRAM paměťové moduly za směšné ceny, flash paměti gigantických kapacit desítek až stovek GB, ať již v SSD nebo paměťových kartách, nemluvě o poměrně čerstvém počinu (z hlediska reálného nasazení), pamětech MRAM s obrovským příslibem do budoucna. Racetrack paměti jsou něco trochu jiného a současně trochu stejného.

Díky své konstrukci a vlastnostem v sobě Racetrack kombinují vysoký výkon a spolehlivost flash pamětí spolu s extrémně nízkými náklady na výrobu a vysokými kapacitami jako převzatými ze světa konvenčních pevných disků. V pátek byl stěžejní materiál o Racetrack dokonce publikován v prestižním magazínu Science a jejich reálné nasazení je momentálně již poměrně blízko. Vývoj probíhající v IBM Almaden Research Center je v poslední fázi.

Parametrově Racetrack slibují schopnost uložit do stejného prostoru jako stávající odkladiště o několik řádů více dat při současně násobně lepších rychlostech, tedy ruku v ruce s obrovskou kapacitou slibují radikální zrychlení startu operačního systému, kopírování dat a tak vůbec. A to vše prosím pěkně při výrazně nižších pořizovacích nákladech na takové datové úložiště za současného zlepšení stability a výdrže. IBM se dušuje, že stávající MP3 přehrávače vybavené těmito pamětmi by mohly ve stejném prostoru skladovat až 100násobně více dat. Pokud tedy dnes známe běžné 16GB přehrávače, IBM tak slibuje nejméně 1,6 TB, a to při výrazně nižší spotřebě, kdy může zařízení pracovat na jeden průměrný akumulátor třeba i několik týdnů typického provozu. Že to zní jako z pohádky? Inu, pojďme se na princip této technologie podívat.

Vývoj metal spintronics (novotvar pro „spin-based electronics“, tedy spinově založenou elektroniku), základní stavební technologie Racetrack, začal před zhruba 20 lety. Využívá k ukládání a čtení dat spinu elektronů, tedy jevu, který je již delší dobu využíván v GMR hlavičkách pevných disků (za kterýžto jev dostali autoři loni Nobelovu cenu za fyziku) nebo právě pamětech MRAM. V podstatě lze říci, že Racetrack z velké části těží z vývoje GMR technologie.

Racetrack paměti nevyužívají k uložení dat elektrický náboj, ale změnu spinu elektronu. Nemají žádné pohyblivé části v mechanickém slova smyslu a nejsou z hlediska životnosti omezeny poměrně malým množstvím přepisů, jako je tomu u flash pamětí. Princip technologie jako takové se skrývá v názvu věděckého textu, který publikoval Dr. Parkin z Almaden Centra se svým týmem: „Current Controlled Magnetic Domain-Wall Nanowire Shift Register“. Jedná se o popis principu, kdy se elektrický proud využívá k řízení stavu doménové stěny nanovlákna pracujícího jako posuvný registr.

Materiál popisuje metodu interakce spinově polarizovaného proudu s magnetizací doménové stěny, kdy působením takového proudu dochází k ovlivnění spinu. Zjednodušení metodiky, která byla až dosud nerealizovatelná, spočívá právě v přímém přenosu tohoto stavu na doménovou stěnu proudem, kde tedy není třeba žádný dodatečný generátor pole.

Záznam informace probíhá na „sloupcích“ nanovodičů (pro které je zaveden onen název „Racetracks“) bit po bitu, a to v kolmém a vodorovném uspořádání na povrchu „běžného“ křemíkového waferu. Magnetické doménové stěny jsou poté tvořeny uvnitř těchto magnetizovaných sloupců vždy v protichůdných směrech. Každá část má dvě klíčové části: „hlavu“ a „ocas“. Hlava je kladným/severním pólem, ocas záporným/jižním. Po sobě jdoucí doménové stěny se střídají v uspořádání hlava-hlava versus ocas-ocas. Rozestup mezi doménami (tedy bitová délka) je stanoven spojovacími místy podél Racetracks.

Vyvinutá metoda popisuje využití vodorovných permalloy nanovláken (slitina 20 % železa a 80 % niklu mající vysokou magnetickou permeabilitu, nízkou koercivitu, téměř nulovou magnetostrikci (změnu rozměrů při zmagnetování) a významný magnetický odpor) pro úspěšné vytvoření, posuv a detekci doménových stěn použitím sekvencí přesně časovaných nanosekundových spinově polarizovaných proudových pulsů.