3D racetrack存储设备进入第三维度探索

Racetrack存储器可以存储大量数据，这些数据可以非常快速地访问。现在，在一项新的研究中，科学家们发现了3D racetrack存储设备，这可能会极大地提高这项技术的潜力。

Racetrack存储器以磁畴壁（magnetic domain walls）的形式对数据位进行编码。这些壁将一种材料划分为多个磁畴，其中的磁极都指向同一方向。电脉冲可以在纳米线内来回推动这些域壁，使它们像赛车一样沿着轨道行驶。磁性传感器和其他电子设备可以在赛道上的任何一点读取和写入数据。

与其他内存技术相比，Racetrack存储器“可能具有无与伦比的密度”，德国哈勒的马克斯普朗克微结构物理研究所所长Stuart Parkin表示，他在IBM开发了这一概念。Racetrack存储器像闪存一样是固态的，缺少笨重的移动部件，并且是非易失的，即使在断电后也能存储数据。

此外，racetrack存储器的电脉冲可以以每秒一公里的速度移动域壁。这表明使用这种内存的设备执行速度非常快。

“每次写入操作的运行速度低于1纳秒的内存是可能的，”Parkin 说，“这与当今任何商用内存的最快写入速度一样快或更快。”

迄今为止，对racetrack存储器的大多数研究都集中在2D设备上。然而，Parkin长期以来一直认为这可能是一种3D技术，具有垂直赛道的阵列，就像一个充满摩天大楼的城市。在racetrack内存中增加一个额外的维度将大大增加它在给定的内存占用上可以保存的数据量。但是，考虑到微电子行业使用的标准制造技术，组装这样复杂的3D结构已被证明是困难的。

现在，Parkin和他的同事们使用一种新方法开发了一种3D racetrack存储设备，可以将2D racetrack覆盖到3D表面上。他们在9月22日的《自然纳米技术》杂志上详细介绍了他们的发现。

科学家们在水溶性铝酸锶层上制备了由氮化钽、钴、镍、铂、钌和氧化镁层组成的复杂超薄薄膜。然后，他们将薄膜浸入水中，释放出一个独立的磁性薄膜。

接下来，研究人员将这种磁性薄膜转移到一个蓝宝石表面，该表面设计有类似于减速带的3D脊线，有点像在粉刷房间时在家具上覆盖一块垂布。然后，通过标准的光刻技术创建了由每3微米宽的电线制成的racetrack，拱形部分高达900纳米，与蓝宝石表面形状一致。

Parkin说：“以这种方式制备和处理的3D racetrack结构完好无损，其行为与分离前的原始沉积结构几乎相同。”

在实验中，3D racetrack中的域墙以每秒600米的速度移动。Parkin说：“我们相信，在使用新型材料的相关结构中，速度可以提高10倍以上。” 另外还补充道，科学家们正在探索“建立3D racetrack存储器的许多不同方法。目前，仍有许多有趣的挑战等待探索，这使得对racetrack存储器的研究非常令人兴奋。”

审核编辑：彭静