基于忆耦器同时实现非易失性多态存储器和逻辑门

  现代计算机一直采用冯·诺依曼结构，即运算器与存储器分离，使得运算器与存储器之间的数据传输成为影响系统性能的瓶颈（称为冯·诺依曼瓶颈），限制了计算机性能的提高。同时，由于现代计算机中的运算器和主存储器都是易失性器件，不仅在断电后信息立即消失，而且具有较高的能耗。开发新型非易性器件，采用非冯·诺依曼结构，实现运算器和存储器合二为一（logic in memory），是未来发展高性能、低功耗、即开即用型计算机的关键问题。
   近期，量子调控与量子信息专项项目“关联电子材料的自旋态限域调控与自旋电子器件应用”中，中国科学院物理研究所孙阳研究组提出了一种非易失性器件-忆耦器（memtranstor），并在单个忆耦器上分别实现了两态存储、多态存储和布尔逻辑运算。忆耦器的信息处理原理采用电写磁读，具有高速度、高密度、低功耗、并行读取、结构简单、易于制备等优点。
   孙阳研究组分别基于多种磁电耦合介质制备了几种忆耦器，并在忆耦器中实现了室温下两态和多态信息存储，多态存储器因为在每个存储位上可以存储2ⁿ个状态，因而具有更高的存储密度和容错度。他们基于单个忆耦器实现了非易失性通用逻辑门。这一成果表明忆耦器可以兼有信息存储和布尔逻辑运算的功能，有望用于非冯·诺依曼结构的下一代计算机。
   系列研究进展表明，忆耦器在开发下一代信息功能器件方面具有巨大的潜力。与目前人们广泛关注的忆阻器相比，忆耦器具有更低功耗和并行信息处理等优点。