다양한 자기 테이프, 플로피 디스크 및 컴퓨터 하드 디스크 드라이브에서 자성 재료는 반세기가 넘는 기간 동안 우리의 소중한 지식과 추억과 함께 우리의 전자 정보를 저장해 왔다.

최근 몇 년 사이에, 외부에서 인가된 자장 또는 자체 자화가 변경될 때 재료의 전기 저항을 변화시키는 경향이 있는 자기 저항으로 알려진 새로운 유형의 현상이 하드 디스크 드라이브 판독 헤드에서 성공을 거두었으며, 자기장 센서 및 메모리 기술의 떠오르는 별인 자기 저항 랜덤 액세스 메모리 등이 있다.

미네소타 대학의 연구자들이 이끄는 새로운 발견은 미래의 컴퓨팅 및 컴퓨터 저장 장치의 향상을 가져올 수 있는 위상 절연체와 관련된 새로운 종류의 자기 저항의 존재를 입증한다. 그들의 연구 내용은 네이쳐 커뮤니케이션스 (Nature Communications, “Unidirectional spin-Hall and Rashba-Edelstein magnetoresistance in topological insulator-ferromagnet layer heterostructures")의 최신호에 발표되었다.

연구팀의 발견은 로봇과 3D 자기 메모리를 위한 두뇌와 같은 컴퓨팅 및 칩을 포함하여 반도체 산업을 위한 저전력 컴퓨팅과 메모리의 미래를 향상시킬 것이다.

자기 기록이 여전히 데이터 저장 분야를 장악하고있는 반면, 자기 저항 랜덤 액세스 메모리는 컴퓨팅 메모리 분야에서 점차 자리를 잡아 가고 있다. 바깥 쪽에서는 기계식으로 회전하는 디스크와 스윙 헤드가 있는 하드 디스크 드라이브와 달리 다른 유형의 메모리와 비슷하다. 그들은 컴퓨터 또는 모바일 장치의 회로 기판에 납땜되는 칩 (솔리드 스테이트)이다.

최근, 위상 절연체라 불리는 물질 군은 전자 장치에서 자기 저항 랜덤 액세스 메모리 셀의 기록 에너지 효율을 더 향상시키는 것으로 밝혀졌다. 그러나, 새로운 디바이스 기하학은 3D 시스템 및 네트워크에서 메모리 셀의 판독 기능을 달성하기 위해 새로운 자기 저항 현상을 요구한다.

최근의 미네소타 대학교의 연구자들은 펜실베니아 주립 대학의 동료들과 협력하여 위상 절연체-강자성 쌍층에 이러한 자기 저항이 존재함을 처음으로 시연했다.

이 연구는 단방향 자기 저항의 존재를 확인하고 중금속에 비해 위상 절연체를 채택함으로써 150 켈빈 (-123.15 ℃)에서 두 배의 자기 저항 성능을 나타낸다. 응용 프로그램의 관점에서 보면, 이 연구가 이전에 누락되었거나 매우 불편한 읽기 기능을 추가하여 위상 절연체가 포함되어 제안된 3D 및 크로스바 유형 컴퓨팅 및 메모리 장치를 만들기 위한 해법을 제공하고 있다.