国家纳米科学中心在自旋分子存储器方面取得新进展

经典的冯·诺依曼计算机架构中，数据存储与处理分离。由于指令、数据在存储器和处理器之间的高频转移，导致了计算机发展的“存储墙瓶颈”与“功耗墙瓶颈”。能不能模仿人类的大脑，构建新型器件实现计算和存储一体化，完成低功耗的复杂并行计算呢？

理论上提出的自旋场效应晶体管（自旋FET）同时具有实现数据存储和处理的潜力，具有高速、低能耗及非易失特性。前期工作中，国家纳米科学中心的孙连峰团队与其合作者成功构建出室温自旋FET。最近他们通过实验证明该种自旋FET同时具有存储功能，为实现存算一体化、低功耗、并行计算开辟了一种新途径。

在这项工作中，一种“H”结构的器件被构建，左边金属作为传统的电流电压回路，通过一根碳管与右边金属电极相连，而右边金属置于开路状态。由于碳管含有两段沿径向的开口，且开口处存在局域巨磁矩，因此当有电流沿左边金属流动时，引起沿碳管方向的自旋流。这样导致了右边的金属除了传统的电阻分压，还含有一项自旋流引起的电势。该自旋相关信号的电势（Vnon-local）随着栅压变化呈现明显的两个台阶（状态），可作为存储器的非易失电信号，且该信号被外加磁场调控。单壁碳管通常被看作一种直径1.5纳米左右的分子，该存储器的研制成功表明自旋分子存储器可在室温下工作，为高性能非冯·诺依曼计算机的研制打下了基础。

自旋分子存储器的电学特性及其电学测量示意图

相关研究成果以Room-temperature nonvolatile molecular memory based on partially unzipped nanotube为题发表在Advanced Functional Materials上。国家纳米科学中心博士生彭志盛和新加坡南洋理工博士邓娅为该研究的共同第一作者。该研究得到了科技部重点研发计划，国家自然科学基金委，中国科学院项目及广东粤港澳大湾区国家纳米科技创新研究院等的支持。