25、应变介导的磁电存储器：原理、模拟与误差分析

应变介导的磁电存储器：原理、模拟与误差分析

1. 磁电系统的能耗优势

磁电系统在能耗方面展现出显著优势。与基于CMOS的器件相比，磁电系统仅需低电压即可诱导开关操作，这得益于其高磁致伸缩系数和压电系数的耦合。

磁电系统的能量耗散主要有两个来源。一是磁化进动及其与周围晶格的相互作用，这部分耗散能量可通过以下公式计算：
[Ed,m = -\int_{0}^{\infty} v\frac{d\tilde{\omega}}{dt} dt = v\alpha M_s\mathcal{G} \int_{0}^{\infty} (\frac{d\vec{\gamma}}{dt})^2 dt]
其中，(v)为磁性元件的体积。如图8.7所示，随着开关时间的增加，这部分耗散能量会降低。

对于应力(\sigma)高达100 MPa（对应电压低于0.4 V）的情况，总能量写入成本(E_d = E_{d,m} + E_{d,e} \approx 0.21 fJ/bit)，比其他开关方法低3个数量级。

2. LLG模拟 - Eshelby方法

为了获得一个能考虑所有耦合现象的简单模型，引入了Eshelby方法。该方法假设一个椭球形磁弹性颗粒嵌入压电矩阵中，这样可以利用Eshelby理论处理完全耦合的磁 - 电 - 弹性情况。

2.1 存储元件的几何结构

考虑一个磁弹性椭球形颗粒嵌入压电矩阵中，极化场(\vec{H} {\infty})沿(y)轴施加，以定义两个平衡位置“1”和“0”。通过施加电压在电极上产生电场(\vec{E} {\infty})，压电矩阵根据电场的正负在垂直于平