簡介
與傳統的RAM晶片技術不同，MRAM中的數據不作為電荷或電流流動存儲，而是由磁存儲元件存儲。 這些元件由兩個鐵磁性板形成，每個鐵磁板可以保持由薄的絕緣層分開的磁化。兩個板之一是設定為特定極性的永磁體；另一個板的磁化可以改變以匹配外部磁場的磁化來存儲存儲器。 這種配置被稱為磁性隧道結，是MRAM位的最簡單的結構。存儲設備由這樣的“單元”的格線構建。
讀取的最簡單的方法是通過測量一個單元的電阻來實現。（通常）通過為相關聯的電晶體供電流（通常）選擇特定的一個單元，其將電流從電源線通過單元切換到地。由於隧道磁阻，單元的電阻由於兩個板中磁化的相對取向而變化。通過測量所得到的電流，可以確定任何特定單元內的電阻，並從此確定可寫板的磁化極性。通常，如果兩個板具有相同的磁化對準（低電阻狀態），則將其視為“1”，而如果對準反平行，則電阻將更高（高電阻狀態），這意味著“0”。
發展
它套用巨磁阻效應為其工作原理。使用各種方式將數據寫入單元格。在最簡單的“經典”設計中，每個單元位於彼此成直角布置的一對寫入線之間，平行於單元，一個在單元之上和之下。當電流通過它們時，在可寫板拾取的接合處產生感應磁場。這種操作模式類似於核心記憶體，這是1960年代常用的一種系統。這種方法需要相當大的電流來產生這一領域，然而，這使得它對MRAM的主要缺點是低功耗使用不太有趣。另外，隨著器件的尺寸縮小，有一段時間，感應場與小區域相鄰的單元格重疊，導致潛在的錯誤寫入。這個問題，半選擇（或寫入干擾）問題似乎為這種類型的單元設定了相當大的最小尺寸。這個問題的一個實驗性解決方案是使用使用巨磁阻效應編寫和閱讀的圓形域，但是似乎這一行研究已經不再活躍了。
一種較新的技術，自旋轉移轉矩（STT）或自旋轉移切換使用自旋對準（“極化”）電子直接扭轉域。具體來說，如果流入層中的電子必須改變它們的旋轉，則將產生將轉移到附近層的轉矩。這會降低編寫單元格所需的電流量，使其與讀取過程大致相同。[ 引證需要 ]有人擔心，“經典”的類型的MRAM單元將具有在高密度難度由於在寫入期間所需要的電流的量，即STT避免的問題。因此，STT支持者希望將該技術用於65納米或更小的器件。缺點是需要保持旋轉一致性。總體而言，STT比常規或切換MRAM要求的寫入電流要少得多。該領域的研究表明，通過使用新的複合結構，STT電流可以降低多達50倍。然而，高速運行仍然需要更高的電流。
其他可能的安排包括在寫入過程期間，磁隧道結短暫加熱（讓人想起相變記憶）的“ 熱輔助開關 ”（TAS-MRAM），並在其餘時間保持MTJ在更冷的溫度下穩定; 和“垂直傳輸MRAM”（VMRAM），其使用通過垂直列的電流來改變磁方向，可以以更高的密度使用減少寫干擾問題的幾何布置。
巨磁阻效應
自從1988年，巨磁阻效應發現以來，由於其在計算機硬碟讀取磁頭，磁感測器以及磁記錄方面的重大套用價值，引起了廣泛的關注，使得對它的基礎研究及套用和開發研究幾乎是齊頭並進的，成為當前凝聚態物理研究和材料科學的前沿和熱點之一。巨磁阻效應（英語：Giant Magnetoresistance，縮寫：GMR）是一種量子力學和凝聚體物理學現象，磁阻效應的一種，可以在磁性材料和非磁性材料相間的薄膜層（幾個納米厚）結構中觀察到。2007年諾貝爾物理學獎被授予發現巨磁阻效應（GMR）的彼得·格林貝格和艾爾伯·費爾。
這種結構物質的電阻值與鐵磁性材料薄膜層的磁化方向有關，兩層磁性材料磁化方向相反情況下的電阻值，明顯大於磁化方向相同時的電阻值，電阻在很弱的外加磁場下具有很大的變化量。
