The interplay between ferromagnetism and topological properties of electronic band structures leads to a precise quantization of Hall resistance without any external magnetic field. This so-called quantum anomalous Hall effect (QAHE) is born out of topological correlations, and is oblivious of low-sample quality. It was envisioned to lead towards dissipationless and topologically protected electronics. However, no clear framework of how to design such an electronic device out of it exists. Here we construct an ultra-low power, non-volatile, cryogenic memory architecture leveraging the QAHE phenomenon. Our design promises orders of magnitude lower cell area compared with the state-of-the-art cryogenic memory technologies. We harness the fundamentally quantized Hall resistance levels in moir\'e graphene heterostructures to store non-volatile binary bits (1, 0). We perform the memory write operation through controlled hysteretic switching between the quantized Hall states, using nano-ampere level currents with opposite polarities. The non-destructive read operation is performed by sensing the polarity of the transverse Hall voltage using a separate pair of terminals. We custom design the memory architecture with a novel sensing mechanism to avoid accidental data corruption, ensure highest memory density and minimize array leakage power. Our design is transferrable to any material platform exhibiting QAHE, and provides a pathway towards realizing topologically protected memory devices.

中文翻译：

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基于量子反常霍尔效应的非易失性低温随机存取存储器

铁磁性和电子能带结构的拓扑特性之间的相互作用导致霍尔电阻的精确量化，而无需任何外部磁场。这种所谓的量子反常霍尔效应 (QAHE) 源于拓扑相关性，并且忽略了低样本质量。它被设想导致无耗散和拓扑保护的电子产品。但是，尚无关于如何从中设计此类电子设备的明确框架。在这里，我们构建了一种利用 QAHE 现象的超低功耗、非易失性、低温存储器架构。与最先进的低温存储技术相比，我们的设计承诺将单元面积降低几个数量级。我们利用摩尔纹中基本量化的霍尔电阻水平\' 用于存储非易失性二进制位 (1, 0) 的石墨烯异质结构。我们使用具有相反极性的纳安级电流，通过量化霍尔状态之间的受控滞后切换来执行存储器写入操作。非破坏性读取操作是通过使用一对单独的端子检测横向霍尔电压的极性来执行的。我们使用新颖的传感机制定制设计内存架构，以避免意外数据损坏，确保最高的内存密度并最大限度地减少阵列泄漏功率。我们的设计可转移到任何展示 QAHE 的材料平台，并提供实现拓扑保护存储设备的途径。使用具有相反极性的纳安级电流。非破坏性读取操作是通过使用一对单独的端子检测横向霍尔电压的极性来执行的。我们使用新颖的传感机制定制设计内存架构，以避免意外数据损坏，确保最高内存密度并最大限度地减少阵列泄漏功率。我们的设计可转移到任何展示 QAHE 的材料平台，并提供实现拓扑保护存储设备的途径。使用具有相反极性的纳安级电流。非破坏性读取操作是通过使用一对单独的端子检测横向霍尔电压的极性来执行的。我们使用新颖的传感机制定制设计内存架构，以避免意外数据损坏，确保最高内存密度并最大限度地减少阵列泄漏功率。我们的设计可转移到任何展示 QAHE 的材料平台，并提供实现拓扑保护存储设备的途径。确保最高的内存密度并最大限度地减少阵列泄漏功率。我们的设计可转移到任何展示 QAHE 的材料平台，并提供实现拓扑保护存储设备的途径。确保最高的内存密度并最大限度地减少阵列泄漏功率。我们的设计可转移到任何展示 QAHE 的材料平台，并提供实现拓扑保护存储设备的途径。