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磁性随机存储器专题 |《中国科学: 物理学力学天文学》2026年第2期

已有 361 次阅读 2026-2-3 10:40 |个人分类:《中国科学》论文|系统分类:论文交流

编者按

我们正处在一场技术范式深刻变革的前夜. 物联网、云计算和人工智能等正以前所未有的力量重塑全球产业格局. 然而, 支撑这些技术发展的传统计算架构却面临着能效瓶颈与物理极限的严峻挑战: 数据在存储与处理单元间的频繁搬运消耗了大量能源与时间; 经典的硅基电路在实现类脑的高效、自适应信息处理方面存在着固有局限. 在此背景下, 发展兼具非易失性、高速度、低功耗及高耐用性的新一代存储与计算技术, 已成为学界与工业界的共同追求. 磁性随机存储器(Magnetic Random Access Memory, MRAM)作为自旋电子学领域最具代表性的成果, 以其独特的物理性质和广阔的应用前景, 从众多候选者中脱颖而出, 成为破解上述困境的关键路径.

“磁性随机存储器专题”应时而生, 旨在系统梳理该领域从基础材料、物理机理到器件设计、工艺集成乃至计算范式创新的最新进展, 并对未来发展进行前瞻展望.

专题特别邀请了我国从事MRAM相关研究的部分知名专家学者, 撰写了8篇综述文章和1篇观点阐述文章, 构成了从微观物理到宏观应用, 从核心器件到系统集成的知识链条. 浙江大学杨洪新教授等撰写的“磁随机存储器研究进展”纵览全局, 系统梳理了从自旋转移力矩(STT)到自旋轨道力矩(SOT)、电压调控型乃至斯格明子存储器等多元技术路径的发展脉络. 随后的文章则深入肌理, 清华大学宋成教授等撰写的“交错磁体的研究进展与未来展望”与清华大学江万军教授等撰写的“斯格明子磁隧道结研究进展”分别从新兴磁序材料和拓扑磁结构角度, 揭示了通过材料创新实现性能突破的物理基础; 北京航空航天大学赵建华教授等撰写的“基于Mn基二元合金的磁性随机存储器研究进展”则探索了更经济、稳定的材料体系, 为MRAM的产业化提供了多元选择.

在器件物理与调控机制层面, 清华大学赵永刚教授等撰写的“多铁异质结构中磁性隧道结特性的电场调控”介绍了基于多铁异质结构的隧道结电阻态电场调控的研究进展, 探讨了实现零磁场下电场对垂直隧道结高低电阻态非易失、可回复调控的方法; 北京航空航天大学赵巍胜教授等撰写的“自旋轨道力矩磁性随机存储器制造工艺研究”则直面SOT-MRAM从实验室走向晶圆级制造的核心挑战, 系统分析了工艺集成中的关键问题.

备受瞩目的是, MRAM技术正从存储向计算领域加速拓展. 复旦大学沈健教授等撰写的“基于磁隧道结的概率计算研究进展”与中国科学院物理研究所韩秀峰研究员等撰写的“高性能磁性隧道结在磁随机存储器和人工智能中的典型应用”两篇文章, 深刻揭示了磁性隧道结(MTJ)在构建真随机数发生器、概率比特及概率神经网络等新型计算架构中的核心价值, 为发展存算一体、高能效的智能硬件提供了基石. 专题以北京航空航天大学刘知琪教授等撰写的“全反铁磁隧道结”这一前瞻性观点文章收束, 展现了超越传统铁磁体系、迈向超快响应速度与更高密度集成的未来技术图景.

MRAM的研究正处在快速发展的关键阶段, 部分最新进展未能收录于本专题, 却也印证了该领域的蓬勃活力. 尽管如此, 本专题系统梳理的基础理论、材料体系与器件路径, 仍将为领域内研究者提供一份具有持久价值的参考. 在此, 我们谨此向所有赐稿的专家学者以及参与审稿工作的各位同仁致以诚挚谢忱! 并期待本专题能够激发更多创新思维, 为自旋电子学领域的发展注入新的动能.

赵建华¹, 沈健², 闵泰³, 常凯⁴

1. 北京航空航天大学

2. 复旦大学

3. 南京大学

4. 浙江大学

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编者按

磁性随机存储器专题·编者按

赵建华, 沈健, 闵泰, 常凯

中国科学: 物理学力学天文学, 2026, 56: 227501

https://doi.org/10.1360/SSPMA-2025-0497

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