بخش اول: مبانی اسپینترونیک

مقدمه

اسپینترونیک یا به طور توضیحی اسپین-الکترونیک، علم مطالعه اسپین الکترون و ممان مغناطیسی مرتبط با آن است. تفاوت اسپینترونیک نسبت به الکترونیک در بررسی یک درجه آزادی بیشتر در الکترون در مواد جامد در اسپینترونیک است. این درجه آزادی مربوط می شود به اسپین الکترون. اسپین الکترون دو حالت بالا و پایین را می تواند اختیار کند. کنترل حالت اسپینی الکترون در حالت بالا یا پایین کار بسیار مشکلی است. شناسایی نحوه رفتار اسپین الکترون و کنترل آن در اسپینترونیک ممکن شده است.

علم اسپینترونیک در ابتدای مسیر خود است به طوری که اولین تجهیزاتی که عموماً به عنوان تجهیزات اسپینترونیک از آنها یاد می‌شود نزدیک به دهه ۱۹۹۰ میلادی کشف و ساخته شدند. پیشرفت علم اسپینترونیک می‌تواند آینده روشنی در ذخیره سازی و انتقال اطلاعات نوید دهد. افزایش سرعت ذخیره سازی و بالا بردن عملکرد آن تاثیر بسزایی در پیشرفت تکنولوژی در آینده خواهد داشت. اما برای رسیدن به این هدف علم اسپینترونیک راه زیادی در پیش دارد.

در این گزارش برآنیم تا با معرفی مبانی علم اسپینترونیک درک خود را نسبت به آن بالا برده و با آن بیشتر آشنا شویم. سپس مهمترین کاربردهایی که این علم چه در صنعت و چه در فاز تحقیقاتی داشته است را مورد بررسی قرار می‌دهیم.

اسپین الکترون

مواد از اتم ها تشکیل شده اند و تنها از هسته و الکترون. یک ماده جامد از تعداد بسیار زیادی اتم تشکیل شده است. هسته از پروتون و نوترون تشکیل شده است که مورد بحث ما نیست. اما تمام جامدات الکترون دارند.الکترونها در جامدات می‌توانند حالتها و سطوح انرژی متفاوتی به خود بگیرد که بسته به نوع این  حالت ها خواص متفاوتی از خود نشان می‌دهند. برای مثال برخی از جامدات خاصیت فلزی داشته و برخی دیگر ندارند. این تماماً به این موضوع و بسته است که الکترونها در چه  سطحی از انرژی و در چه حالتی در جامد قرار گرفتند. دقیقاً همین الکترونها هستند که تعیین کننده وضعیت مغناطیسی یک ماده جامد هستند.

یک ماده جامد می‌تواند برای مثال فرو مغناطیسی باشد. در مواد فرومغناطیسی اسپین الکترون ها به گونه ای هم جهت شده است تا برآیند کلی آن در جامد به شکل یک میدان مغناطیسی درآمده است. حالا اگر همین اسپین الکترون ها به گونه ای غی هم جهت در جامد قرار بگیرند بردارهای مغناطیسی آنها یکدیگر را خنثی نموده و برآیند آن در جامد ماده یک ماده غیر مغناطیسی خواهد بود.

قطبش اسپینی اصطلاحی است که برای مشخص کردن نسبت اسپین های بالا به پایین و تعریف معیاری برای قطبیدگی و غیرقطبیدگی یک جامد مورد استفاده قرار میگیرد. برای مثال مواد فرو مغناطیسی همچون آهن و کبالت قطبش اسپینی بالاتری نسبت به مواد با خاصیت مغناطیسی کمتر دارند.  قطبش اسپینی از فرمول زیر محاسبه می شود:

که در آن n↑(↓) به تعداد اسپین‌های رو به بالا(پایین) اشاره دارد.

اسپین غیر تعادلی یا پلاریزاسیون

در دمای محیط و در حالت معمول تعداد اسپین های بالا و پایین در جامعه یک حالت تعادل دارد. این حالت تعادل بیانگر این است که این ماده بدون اعمال هیچ گونه نیرو یا میدان خارجی چه وضعیت مغناطیسی دارد. اما این حالت تعادل می تواند از بین برود. تزریق یا پمپاژ اسپین الکترون فرآیندی است که طی آن یک جامد می تواند به حالت پلاریزاسیون یا غیر تعادلی اسپینی درآید. هنگامی که این تزریق خاموش شود اسپین به حالت تعادل خود بازخواهد گشت. مدت زمانی که طول میکشد تا اسپین از یک حالت غیر تعادلی به حالت تعادل بازگردد را زمان استراحت اسپین می نامیم. بد نیست بدانیم که تزریق اسپین می تواند از روش‌های هدایت، نوری و یا تشدید اتفاق بیفتد که شرح هرکدام زمان بسیار زیادی نیاز دارد و در این مقال نمی گنجد.

چند لایه های مغناطیسی و خواص جالب آنها

می‌دانیم که  فرومغناطیس و پارامغناطیس دو دسته عمده مواد مغناطیسی هستند.  اتصال متوالی لایه‌های فرو مغناطیس و پارامغناطیس خواص الکتریکی جالبی از خود نشان می دهند.  همین خواص بودند که برای اولین بار دانشمندان را در این زمینه کنجکاو کرده و باعث شکل‌گیری علم اسپینترونیک شدند.

اتصال دو ماده ی مغناطیسی می‌تواند در سطح تماس آنها تاثیرات مستقیم مغناطیسی داشته باشد به طوریکه ماده مغناطیسی اول تحت تأثیر ماده مغناطیسی دوم (و یا بالعکس) قرار گرفته و در سطح تماس، خواص متفاوتی از نظر مغناطیسی و اسپینی از خود نشان می دهد. اصطلاحاً به این اندرکنش ها کوپلینگ مغناطیسی گفته می‌شود. قرار گرفتن یک ماده غیر مغناطیسی در بین دو ماده که خاصیت فرومغناطیسی دارند می تواند این کوپلینگ را تشدید کند. در این مواقع ضخامت لایه غیر مغناطیسی در نوع این کوپلینگ تاثیر گذار است. کوپلینگ می‌تواند فرو مغناطیس یا آنتی فرومغناطیس باشد. کوپلینگ فرومغناطیس به حالتی گفته می‌شود که در آن دو لایه فرومغناطیس هم‌جهت می‌مانند و به‌طور متناظر کوپلینگ آنتی فرومغناطیس به حالتی گفته می‌شود که این لایه‌های فرومغناطیسی جهت مخالف هم را احتیار کنند.  اینکه لایه های فرومغناطیسی نسبت به هم چه جهتی را اختیار می کنند به ضخامت لایه میانی ارتباط مستقیم دارد و می تواند با تغییر این ضخامت به طور متناوب تغییر کند.

برای مثال یک سه لایه را در نظر بگیرید که لایه رویی و زیرین از جنس کبالت که یک ماده فرومغناظیسی است و لایه میانی از جنس مس که یک لایه فلزی غیر مغناطیسی تشکیل شده است. دیده شده است که تغییر ضخامت لایه غیر مغناطیسی مسی می تواند این کوپلینگ را از یک کوپلینگ آنتی فرومغناطیسی به کوپلینگ فرو مغناطیسی و برعکس تغییر دهد. این تغییرات به صورت سینوسی و متناوب تاجایی که آنقدر فاصله زیاد شود که کوپلینگ از بین برود و محو شود ادامه خواهد داشت.

در ادامه دو نوع از مهمترین چند لایه های مغناطیسی را مورد بررسی بیشتر قرار خواهیم داد:

مغناطومقاومت عظیم (GMR)

مغناطو مقاومت یا MR  معیاری است که در آن میزان تغییرات مقاومت الکتریکی در اثر اعمال یک میدان مغناطیسی خارجی بیان می‌شود.  موادی که مغناطو مقاومت بالاتری دارند حساسیت الکتریکی بیشتری نسبت به میدانهای مغناطیسی خارجی دارند؛ بدین معنی که با اعمال یک میدان مغناطیسی یکسان به ماده ای که مغناطو مقاومت بالاتری دارد تغییرات مقاومت الکتریکی بیشتری شاهد خواهیم بود.

به طور شگفت آوری دیده شده است که در ساختارهایی که در آنها کوپلینگ به حالت آنتی فرومغناطیس است جریان الکتریکی عبوری از این ساختار نسبت به حالتی که کوپینگ در شرایط سحر مغناطیسی است مقاومت بیشتری از خود نشان می دهد. این بدان معناست که اگر ساختاری تشکیل دهیم که به صورت طبیعی درآن کوپلینگ حالت آنتی فرومغناطیس داشته باشد و و بتوانیم با اعمال یک میدان مغناطیسی خارجی جهت گیری مغناطیسی لایه های آن را هم جهت کنیم میتوانیم ماده ای داشته باشیم که با اعمال میدان مغناطیسی مقاومت الکتریکی آن تغییر کند. کاملاً درست است! این یعنی توانستیم سنسوری که قابلیت تشخیص میدان مغناطیسی خارجی را دارد بسازیم. مقاومت الکتریکی به وجود آمده ناشی از این پدیده را مغناطومقاومت عظیم (GMR)  می‌نامند. در شکل1  مقاومت الکتریکی  اندازه گیری شده در یک همچین ساختاری نسبت به میدان مغناطیسی خارجی اعمال شده در آن رسم شده است.  همانطور که از این نمودار دیده می‌شود در حالتی که هیچ میدان مغناطیسی خارجی وجود نداشته باشد مقاومت الکتریکی بیشینه است. اعمال یک میدان مغناطیسی در جهت مثبت یا منفی ث می‌شود که جهت‌گیری مغناطیسی لایه های مغناطیسی کبالت همسو شود و در نتیجه مقاومت الکتریکی کاهش یابد.

شکل 1- منحنی اندازه‌گیری شده MR از لایه‌های Co/Cu که نشان‌دهنده وابستگی اثر GMR و جهت مغناطش این لایه‌ها به میدان خارجی است.

اما چرا این اتفاق می افتد؟ می‌توان تصور کرد که حرکت الکترونهای با اسپین بالا، برای مثال، هنگام ورود به محیطی که اکثر الکترون ها اسپین پایین دارند با مشکل مواجه می‌شود.  همین اتفاق برای الکترونهای با اسپین پایین هنگامی که به محیطی وارد شوند که اسپین الکترونها بالاست می افتد. این مشکل در حرکت الکترون ها مقاومت الکتریکی را بالا میبرد.  این اتفاق دقیقا در ساختاری با کوپلینگ آنتی فرومغناطیس اتفاق بیفتد. الکترونها هنگام ورود به ماده فرومغناطیس اول متناسب با جهت گیری مغناطیسی آن اسپین خود را تعیین میکنند اما با ادامه مسیر و با رسیدن به ماده  فرومغناطیس دوم به محیطی می‌رسند که اسپین متفاوتی دارد و در نتیجه جهت گیری اسپینی خود را از دست می‌دهند. این اتفاق باعث می‌شود که مقدار بسیار زیادی از انرژی الکترون هدر رفته و در حرکت آن اخلال ایجاد شود.  همین اختلال است که مقاومت الکتریکی را درحالتی که میدان مغناطیسی خارجی صفر است بیشینه می‌کند.

به این سیستم ها اصطلاحا اسپین والو (spin valve) نیز گفته می شود.  مغناطو مقاومت عظیم از رابطه زیر محاسبه می شود:

که در آن  و  به ترتیب مقاومت الکتریکی در حالت مغناطش موازی و غیر موازی لایه های مغناطیسی است.

مقاومت مغناطیسی تونلی (TMR)

در بخش قبل GMRها  شرح داده شدند.  در جی ام آر فرض بر این است که لایه غیر مغناطیسی رسانا یا نیم رسانا باشد. الکترون ها هنگام عبور از این لایه میانی با مشکل خاصی روبرو نخواهد شد.  اما حالتی را تصور کنید که این لایه میانی غیر رسانا باشد.  مثلاً یک لایه اکسیدی.  برای اینکه بتوانند از این لایه میانی عبور کنند به یک پدیده فیزیکی به نام تونل زنی الکترونی نیاز دارند. همین پدیده فیزیکی دسته ای از چند لایه های مغناطیسی را شکل می‌دهد که مقاومت مغناطیسی تونلی یا TMR نامیده می‌شوند.

نکته جالب اینجاست که تونل زنی الکترونی زمانی اتفاق می افتد اسپین الکترون در ماده فرومغناطیس اول با اسپین الکترون در ماده فرومغناطیسی دوم یکی باشد. این یعنی اگر الکترون بخواهد از لایه فرومغناطیسی اول از طریق یک فضای غیر رسانا به ماده فرومغناطیس دوم تونل زنی کند لازم دارد که جهت گیری اسپینی هر دو لایه یکسان باشد.  همین موضوع باعث می‌شود که ساختارهای TMR  نسبت به ساختارهای GMR  محدودیت بیشتری برای انتقال الکترون ها ایجاد کرده و در شرایطی که کوپلینگ آنتی فرومغناطیس است مقاومت الکتریکی بسیار بیشتری از خود نشان دهد.

در عمل نیز دیده شده است که عموماً مغناطو مقاومت در ساختارهای TMR مقادیر بسیار بیشتری نسبت به GMR دارند. این یعنی سنسورهای با حساسیت بسیار بیشتر!

مشابه با فرمول GMR، مقاومت مغناطیسی تونلی از رابطه زیر محاسبه می شود:

که در آن  و  به ترتیب مقاومت الکتریکی در حالت مغناطش موازی و غیر موازی لایه هاست.

بخش دوم: کاربردهای اسپینترونیک

تجهیزات بر پایه GMR

انواع ساختارهایی که خاصیت GMR از خود نشان می‌دهند در شکل 2 آمده است. اولین مدل GMR به شکل چندلایه‌های FM/NM (فرومغناطیس/غیرمغناطیس) است (مطابق با شکل ‏2a) که جریان به دو شکل می‌تواند از آن عبور کند: درون صفحه (CIP) یا عمود بر صفحه (CPP).  طبق این شکل جهت ممان‌های مغناطیسی لایه‌های FM می‌تواند موازی (فلش‌های توپر) و یا ناموازی (فلش‌های نقطه‌چین) باشد و بدین ترتیب خاصیت GMR از خود نشان دهد. دومین مدل GMR شامل سه‌لایه SoftFM/NM/HardFM است که از دومغناطیس نرم و سخت تشکیل شده است (مطابق با شکل ‏2b). در مغناطیسهای نرم خاصیت مغناطیسی پس از قطع میدان مغناطیسی خارجی در مدت زمان بسیار کوتاهی از بین میرود اما در مغناطیسهای سخت درصد زیادی از خاصیت مغناطیسی حتی پس از حذف میدان خارجی در ساختار ماده باقی  می ماند. در کل می توان گفت که مغناطش مغناطیس های سخت به سختی تغییر می کند.  در حالت پایه مغناطش این دو لایه مغناطیسی موازی است و هنگام قرار گرفتن در میدان‌های مغناطیسی خارجی کوچک، لایه نرم مغناطیسی تغییر جهت داده اما لایه مغناطیسی سخت مغناطش خود را حفظ کرده  و در نتیجه مغناطش‌ها به حالت ناموازی درآمده و اثر GMR نمایان می‌گردد.

طبق شکل ‏2c، سومین مدل GMR اسپین-ولو است که در آن مغناطش یک لایه‌ی مغناطیسی توسط لایه‌ای با خاصیت آنتی‌فرومغناطیسی (AFM) در یک جهت مشخص قفل شده و مغناطش لایه دیگر مغناطیسی آزاد است تا در اثر میدان‌های مغناطیسی خارجی تغییر جهت داده و به دلیل این ناموازی بودن جهات مغناطش، اثر GMR پدیدار گردد. در توضیح این پدیده فیزیکی می‌توان گفت که اتصال یک لایه آنتی فرومغناطیس و یک لایه فرومغناطیس باعث می شود که جهت گیری مغناطیسی لایه فرومغناطیس در یک جهت اصطلاحاً قفل شود و برای تغییر جهت مغناطیسی آن به میدان های مغناطیسی قوی تری نیاز باشد.

سیستم اسپین-ولو برای اولین بار در سال 1991 معرفی شد. یک اسپین-ولو در واقع یک سه لایه به شکل FM/NM/FM است که علاوه بر آن یک لایه AFM به یکی از لایه‌های FM متصل می‌باشد. به این ساختار سیستم ساده اسپین-والو گفته می‌شود. مغناطش لایه‌ی FM متصل به لایه AFM در یک جهت مشخص قفل می‌شود. به این لایه‌ی FM لایه قفل شده و به جهت قفل شدگی مغناطش آن جهت بایاس اسپین-ولو گفته می‌شود.

مدل چهارم از GMRها شکلی کامپوزیت مانند دارند به گونه‌ای که ناخالصی‌های فرومغناطیسی درون زمینه‌ای از آلیاژ غیر مغناطیسی به شکل تصادفی قرار می‌گیرند (شکل ‏2d). در اثر اعمال میدان‌های بزرگ خارجی مغناطش ناخالصی‌های مغناطیسی هم‌راستا شده و مقاومت الکتریکی دو سر آن تغییر می‌یابد.

شکل 2 – انواع ساختار‌های با خاصیت GMR. a) GMRهای چندلایه، b) GMRهای بر اساس سختی و نرمی لایه‌های مغناطیسی، c) GMRهای اسپین-ولو و d) GMRهای کامپوزیتی.

دیسک خوان هارد دیسک

همانطور که در شکل 3 پیداست، دیسک خوان ها قسمت هایی کوچک از هارد دیسک هستند که بر روی صفحه چرخنده مغناطیسی دیسک سخت قرار می‌گیرند. ‏ این دیسک خوان ها در واقع نوعی سنسور مغناطیسی با ساختار GMR هستند که اطلاعات ذخیره شده بر روی دیسک سخت را که بیت های مغناطیسی نامیده میشوند می خوانند.

پردیس که سخت شامل دامنه های بسیار کوچک مغناطیسی ست که  مغناطش بالا و یا پایین دارند.  با چرخش دیسک سخت در زیر دیسک خوان این دامنه های مغناطیسی که بیت نامیده میشوند توسط حسگر GMR شناسایی شده و توسط کامپیوتر به صفر یا یک ترجمه می‌شوند. این صفر و یک ها همان اطلاعات هستند که در دیسک سخت ذخیره شده بودند.

با ساخت دیسک خوانهای GMR در سال ۱۹۹۸  تحول عظیمی در صنعت ذخیره‌سازی اطلاعات به وجود آمد؛ چراکه سنسورهای GMR قادر بودند تا بیت های کوچکتری را شناسایی کرده و در نتیجه حجم ذخیره سازی اطلاعات افزایش چشمگیری یافت. این اولین کاربرد صنعتی اسپینترونیک بود که توانست توجه دانشمندان را به این علم افزایش دهد.

شکل 3- دیسک سخت به همراه دیسک خوان بر روی آن محصول شرکت سیگیت

تجهیزات بر پایه TMR

MTJ ها

MTjها یا اتصالات تونلی مغناطیسی به دسته ای از ابزارهای اسپینترونیکی گفته می‌شود که بر پایه پدیده فیزیکی TMR ساخته شده اند. لایه غیر مغناطیسی و غیره رسانای این ابزارها عموماً از جنس اکسید آلومینیوم (Al2O3) و یا منیزیوم (MgO) ساخته شده است. تحقیقات بسیاری بر روی این ابزارها انجام گرفته است و دانشمندان توانسته اند با کم و زیاد کردن این لایه های مغناطیسی و غیر مغناطیسی MTJ هایی بسازند که مغناطو مقاومت آنها بسیار بالاست. اما ساخت و کنترل این ابزارها بسیار حساس و دقیق است و نیازمند تجهیزات بسیار دقیق و گران قیمت است و به همین دلیل مراکز دانشگاهی زیادی توانایی فعالیت علمی در این زمینه را ندارند. در شکل 4  مقطع عرضی ساختار لایه یک دستگاه MTJ به صورت شماتیک نشان داده شده است.

شکل ‏4 – شماتیکی از مقطع عرضی ساختار لایه‌ای یک دستگاه MTJ.

نوسانگرهای اسپینی

MTJ های بر پایه اکسید منیزیم ظرفیت بسیار بالایی برای استفاده در کاربردهای مایکروویو دارند. دیده شده هنگامیکه یک جریان متناوب با فرکانس مایکروویو از درون یک ساختار MTJ  عبور می کند بین دو سر آن یک ولتاژ DC ایجاد می‌گردد .بدلیل این خاصیت، MTJهای بر پایه MgO می‌توانند به عنوان حسگر امواج مایکروویو نیز عمل کنند. به این نوسانگر های اسپینی عموماً STNO یا نانو نوسانگر گشتاور اسپینی گفته میشود که نسبت به انواع متدوال آن ویژگی های بهتری دارند: از جمله اینکه توسط جریان بایاس و یا میدان مغناطیسی خارجی تغییر وضعیت داده و در نتیجه خروجی آنها قابل تنظیمم است؛ اندازه آنها بسیار کوچکتر است و در گستره وسیعی از دما کار می کنند.

حسگرهای مغناطیسی

هر ابزار GMR و یا TMR قابلیت تشخیص میدان مغناطیسی را داشته و به عنوان سنسور میتواند استفاده شود. تقریبا همه ­ی اجسام میدان مغناطیسی تولید می­کنند، برخی از آن­ها قوی و برخی هم بی­نهایت ضعیف هستند. قلب انسان پالس‌های مغناطیسی در مقیاس پیکوتسلا تولید می­کند که اطلاعات قلبی مهمی را آشکار می­سازد. یک دیسک در حال چرخش درون یک درایو سخت، سیگنال‌های مغناطیسی با فرکانس نزدیک به  ساطع می­کند. میدان مغناطیسی زمین می­تواند یک ابزار نقشه ­یابی مفید باشد، به­ خصوص در جاهایی که سیستم‌های موقعیت یابی جهانی(GPS) در دسترس نیستند (مثل زیرزمین و اعماق دریا). حسگرهای مغناطیسی به ­طور فراگیری در محصولات صنعتی و مصرفی استفاده می­شوند. حسگرهای مغناطیسی فوق­ حساس در برخی کاربردها بسیار مفید هستند. در مگنتوکاردیوگرافی (MCG) از حسگرهای مغناطیسی برای اندازه گیری سیگنال های الکتریکی ضعیف ساطع شده از یک قلب تپنده استفاده می ­شود و توسط آن عملکرد قلب بررسی می ­شود. از سوی دیگر، مگنتواِنسفالوگرافی (MEG)، عبارت است از اندازه­ گیری مغناطیسی فعالیت های الکتریکی در مغز.  اطلاعات به­ دست آمده از MEG می ­تواند برای تعیین مناطق دارای مشکل مغز یک بیمار به کار رود و به این ترتیب به عمل جراحی مغز کمک می ­کند. حسگرهای مغناطیسی فوق حساس استفاده شده در MCG و MEG، دستگاه­های (SQUIDs) گرانی هستند که شرط لازمشان دمای بسیار پایین عملیات است.

حسگرهای مغناطیسی فیلم نازک حالت جامد، اگرچه حساسیت SQUIDs ها را ندارند اما دارای اندازه­ ی فیزیکی کوچک و قیمت پایین‌تری هستند. با این حال، پیشرفت قابل توجهی برای افزایش حساسیت حسگرهای فیلم نازک صورت گرفته است. حسگرهای مغناطیسی قادرند ترک‌های زیر سطح یک هواپیما و یا موتور توربین را به وسیله‌ی دریافت امواج الکترومغناطیس ساطع شده از ناحیه‌ی معیوب تشخیص دهند. حسگرهای فوق حساس همچنین استفاده هایی در صنایع دفاعی دارند، برای مثال در تشخیص زیردریایی‌های فرو رفته در آب یا به عنوان بخشی از شبکه‌ی حسگر پخش ­شده smart dust با هدف نهایی دیده­ بانی کردن میدان جنگ از راه دور به کار می ­روند. حسگرهای مغناطیسی، یک تکنولوژی توانمند در بسیاری از زمینه های علوم و مهندسی هستند.

رم های مغناطیسی MRAM

رم یا حافظه با دسترسی تصادفی قسمتی از یک کامپیوتر است که می تواند با سرعت بسیار بیشتر از هارد دیسک اطلاعات کامپیوتر را ذخیره سازی و بازخوانی کند. مهمترین مشکل رم ها فرار بودن آنهاست بدان معنی که با قطع اتصال برق و یا خاموش شدن دستگاه تمامی اطلاعات ذخیره شده در یک رم به طور کامل پاک می شود. بیت های اطلاعات در این دستگاه ها عملا نوعی ترانزیستور هستند که برای حفط حالت خود نیاز مداوم به انرژی الکتریکی دارند.

MRAM نوعی حافظه تصادفی هستند که امکان ذخیره سازی دائمی اطلاعات یا اصطلاحاً غیرفرار را دارا هستند. هنگامی که اولین بار MRAM اختراع شد ابعادی بزرگتر از یک کامپیوتر داشت. ساده ترین شکل فیلم GMR شامل دو لایه مغناطیسی تفکیک شده توسط لایه مسی بود که در ابتدا MR 6% داشت و بعدها تا 10% بهبود یافت. بعدها سلول های ذخیره سازی MRAM جدید با بیت های اسپینی پیشنهاد شدند. این یکی از آینده دار ترین کاربردهای اسپینترونیک است که می‌تواند تحولی عظیم در سرعت و پردازش کامپیوترها ایجاد کند. در این دستگاه ها برخلاف رمها، بیت های اطلاعات نوعی حالت مغناطیسی هستند که توسط جریان الکتریکی خوانده می شود. واضح است که ماندگاری این بیت ها نیاز دائمی به انرژی الکتریکی ندارد و در نتیجه این MRAMها می توانند بدون تزریق برق، اطلاعات را در خود نگه دارند. در صورتی که این رم ها به بازار بیایند، سرعت و دقت پردازش اطلاعات کامپیوتر ها و دستگاه های الکترونیکی بسیار افزایش می‌یابد.