伯克利-Spintronic器件是传统计算机芯片的有吸引力的替代产品，提供了高能效且相对易于大规模制造的数字信息存储。但是，与常规电子芯片相比，这些依赖于磁性存储器的设备仍然受到其相对较慢的速度的阻碍。

在《自然电子》杂志上发表的一篇论文中，一个国际研究人员团队报告了一种磁化切换的新技术，该技术用于将信息“写入”到磁存储器中，该过程比最新状态快近100倍。这种进步可能会促进开发用于计算机芯片的超快速磁存储器，即使没有电源，该存储器也可以保留数据。

在这项研究中，研究人员报告说，使用极短的6皮秒电脉冲来切换具有高能效的磁性设备中薄膜的磁化强度。（皮秒等于万亿分之一秒。）

这项研究由法国国家科学研究中心（CNRS）的研究员Jon Gorchon领导，该中心坐落于法国洛林大学的L'Institut Jean Lamour研究所，与法国电气工程和计算机科学教授Jeffrey Bokor和UC Riverside的机械工程以及材料科学与工程助理教授Richard Wilson一起合作完成的。该项目始于加州大学伯克利分校，当时Gorchon和Wilson是Bokor实验室的博士后研究员。

在传统的计算机芯片中，二进制数据的0和1被存储为各个硅晶体管的“开”或“关”状态。在磁存储器中，可以将相同的信息存储为相反的磁化极性，通常将其视为“上”或“下”状态。这种磁性存储器是磁性硬盘存储器的基础，该技术用于在云中存储大量数据。

磁存储器的一个关键特征是数据是“非易失性”的，这意味着即使没有施加电功率，信息也会保留。

Gorchon说：“将磁存储器直接集成到计算机芯片中是一个长期的目标。” “这将允许在断电时保留片上本地数据，这将使信息的访问远比从远程磁盘驱动器中提取信息快得多。”

自旋电子学领域正在探索磁性设备与电子设备集成的潜力，在这种领域中，微小的磁性设备由常规的电子电路控制，并且全部都在同一芯片上。

最先进的自旋电子学是通过所谓的自旋轨道扭矩装置完成的。在这种装置中，一小片磁性膜（磁性钻头）沉积在金属线的顶部。流过电线的电流导致具有磁矩的电子流，这也称为自旋。继而在磁钻头上施加磁转矩-称为自旋轨道转矩。自旋轨道转矩然后可以切换磁性钻头的极性。

迄今为止，开发的最先进的自旋轨道扭矩设备需要至少一纳秒或一百万分之一秒的电流脉冲来切换磁性位，而最先进的计算机芯片中的晶体管仅需1到2皮秒即可切换。这导致整个电路的速度受到缓慢的磁性开关速度的限制。

在这项研究中，研究人员沿着传输线将6皮秒宽的电流脉冲发射到了钴基磁性钻头中。然后证明了自旋轨道扭矩机构能够可靠地切换钴钻头的磁化强度。

尽管在大多数现代设备中，电流加热是使人衰弱的问题，但研究人员指出，在该实验中，超快加热有助于磁化反转。

威尔逊说：“磁铁在长时间和短时间内对加热的反应不同。” “当加热速度如此之快时，只有极少量的磁性会改变，从而有助于反转磁体的方向。”

的确，初步的能源使用估计令人难以置信。与运行时间长得多的传统自旋电子设备相比，这种“超快速”自旋轨道扭矩设备所需的能量几乎小了两个数量级。

Bokor说：“这种新颖的，超快速的磁性开关工艺具有很高的能源效率，这是非常令人惊喜的。” 这种高速，低能耗的自旋电子器件可以潜在地解决当前处理器级存储系统的性能限制，并且还可以用于逻辑应用。”

研究人员使用的实验方法还提供了一种在超快时间尺度上触发和探测自旋电子现象的新方法，这有助于更好地了解自旋轨道转矩等现象的潜在物理原理。