24、应变介导的磁电存储器：原理与特性

应变介导的磁电存储器：原理与特性

1. 引言

随着对节能数据处理和存储需求的激增，研发下一代随机存取存储器成为科研实验室和产业界的重要任务。此前的研究提出了多种存储器解决方案，如铁电随机存取存储器（FRAM）、磁存储器（MRAM）等，但都未考虑多铁性材料的应用。

多铁性材料具有铁电和铁磁相耦合的特性，使用电场可以几乎“零能量”地将信息写入磁系统，并通过磁阻结构读取信息而不破坏它。然而，目前室温下具有足够本征多铁性的材料很少适用于存储器应用。

另一种方法是利用应变耦合的压电和磁致伸缩材料的复合结构，可在室温下工作并提供多种设计可能性。但大多数提出的复合存储设备存在写入过程复杂的问题，需要知道初始状态。本文将详细介绍一种具有明确（非翻转）开关的应变或应力介导的磁电存储单元。

2. 明确应变或应力开关的纳米磁存储器概念

2.1 磁配置与平衡位置

为了打破对称性，在单轴各向异性上施加磁极化。以TbFe2（Terfenol）元件为例，在xy平面上放置一个磁弹性椭圆圆柱体，施加垂直于易磁化轴的静态磁场H。

由于外部磁场与形状和/或场诱导各向异性的竞争，椭球元件呈现两个稳定的平衡位置，不同于通常的磁存储元件，它们不沿易磁化轴方向。

如果不施加应力，磁自由能密度可表示为：
$\tilde{w} m = -\mu_0 M_s H \sin(\varphi) \sin(\vartheta) - \frac{1}{2} \mu_0 M_s H {a,eq} \cos^2(\varphi) \sin^2(\vartheta)$

对于盘形元件，假设