由国立清华大学赖志煌教授与林秀豪教授所带领的研究团队，在科技部长期的支持下，研究MRAM的特性、制程与操控，独步全球，成功以自旋流操控铁磁-反铁磁奈米膜层的磁性翻转，研究成果刊登於材料领域顶尖期刊《自然材料》(Nature Materials)。

清华大学材料科学工程学系赖志煌教授(左)、清华大学物理学系林秀豪教授(右)

MRAM是极被看好的後摩尔定律世代的记忆体。其结构有如三明治，上层是自由翻转的铁磁层，可快速处理资料，底层则是钉锁住的铁磁层，可用作储存资料，两层中则有氧化层隔开。当此二铁磁层的磁化方向相同，是低电阻态，代表「1」 ；此二铁磁层的磁化方向相反，是高电阻态，代表「0」。有别於目前的主流记忆体(SRAM 与 DRAM)，MRAM兼具处理与储存资讯的功能，且断电时资讯不会流失，电源开启可即时运作，耗能低、读写速度快。

其中一个技术关键，就是如何操控钉锁住的铁磁层。若想要将铁磁层的磁矩方向钉锁住，只需「黏」上一层反铁磁层即可，制成的铁磁-反铁磁膜层即可应用在磁记忆体上。此现象称为「交换偏压」，虽发现至今已超过60年，其应用性极广，但背後的物理机制未明。而且交换偏压的操控性极为有限。必须将元件升温，然後於外加磁场下降温，才能改变铁磁层磁矩的钉锁方向。

无论是外加磁场或是升降温度，都与现有电子元件的操作格格不入。世界各研究团队莫不希??突破此困境，寻求崭新的操控技术。其中一个突破点，就是善用自旋流。电子具有电荷，也具有自旋：当电荷流动时，即会产生熟悉的电流，若有办法驱动自旋流动，即可产生自旋流。

赖教授与林教授的团队利用自旋流通过铁磁-反铁磁膜层，率先展示操控元件「交换偏压」方向与大小的里程碑。此技术可与现有电子元件的操控与制程无缝接轨，是MRAM的大突破，为自旋电子学的发展带来崭新视野。

利用自旋流操控交换偏置乃全球首见，赖教授表示当初投稿时引发诸多质疑，审稿委员怀疑是元件温度升高所致，与自旋流无关。由於团队横跨材料与物理领域，兼具实验与理论的专业能力，在面对高难度的质疑与挑战时，能够跳脱框架思考，以极高的效率与执行力，清楚精确地回应相关的质疑与挑战。

目前研究团队将此突破性的发现，应用到其它结构的奈米膜层，陆续发现更多具影响力的结果，除了学术的贡献外，经由科技部半导体射月计画的连结，将对於国内记忆体产业发展有决定性的影响力。

这项技术在学理上的存取速度接近 SRAM，具快闪记忆体的非挥发性特性，平均能耗远低於 DRAM，应用於嵌入式记忆体（Embedded Memory）极具潜力，随着人工智慧、物联网装置与更多的资料收集与感测需求，MRAM的市场也将迅速成长。