Une avancée majeure dans la recherche sur les matériaux annoncée par POSTECH

ParisDes chercheurs de l'Université des Sciences et Technologies de Pohang (POSTECH) ont réalisé une avancée majeure dans la recherche sur les matériaux. Cette avancée a permis des progrès significatifs dans les matériaux à couple de spin-orbite (SOT), cruciaux pour la mémoire DRAM de demain. L'équipe de recherche comprenait le professeur Daesu Lee et le doctorant Yongjoo Jo du Département de Physique, ainsi que le professeur Si-Young Choi du Département des Sciences et Génie des Matériaux. Leurs découvertes ont été publiées dans Nano Letters.

La découverte majeure a été faite :

• Développement d'une commutation par effet SOT ultra-efficace sans champ.
• Contrôle atomique des oxydes composites.
• Étude concentrée sur le ruthénate de strontium (SrRuO₃).

L’effet Hall de spin (SOT) se produit lorsque les propriétés magnétiques et électriques des électrons interagissent entre elles. Cette interaction modifie l’état magnétique par le déplacement du spin lors du passage du courant. L'utilisation de données magnétiques au lieu de données électriques réduit la consommation d'énergie de la mémoire. Cela est particulièrement avantageux pour les mémoires non volatiles, qui conservent les données même en l'absence de courant.

Les chercheurs explorent divers matériaux, principalement des semi-conducteurs et des métaux, pour découvrir ceux qui démontrent à la fois du magnétisme et l'effet Hall de spin. Leur principale préoccupation est d'atteindre une commutation efficace de magnétisation grâce aux couples spin-orbite (SOT). Un des défis rencontrés est que les courants de spin opposés générés dans une même couche peuvent se neutraliser.

Les professeurs Lee et Choi ont abordé ce problème en modifiant la structure microscopique du matériau. Ils se sont concentrés sur le SrRuO3, connu pour ses propriétés magnétiques et ses effets spin-Hall. Par une minutieuse modification de la structure atomique des couches supérieures et inférieures, ils ont réussi à produire du SrRuO3 présentant des effets spin-Hall distincts sur chaque couche.

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Ils ont ajusté l'effet Hall de spin en utilisant une surface spécialement conçue pour contrôler la direction de la magnétisation. Ils ont réussi à inverser la magnétisation efficacement sans recourir à un champ magnétique. En intégrant le couple de transfert de spin-orbite (SOT) dans un dispositif fabriqué en SrRuO3, ils ont pu changer l'orientation magnétique simplement avec un courant électrique pour lire et écrire des données.

Le dispositif mémoire résultant a démontré :

• Efficacité maximale (de 2 à 130 fois supérieure).
• Consommation d'énergie minimale (de 2 à 30 fois moindre).

On l’a comparé à tout autre système monocouche connu, sans champ magnétique. La magnétisation a été inversée sans utiliser de champ magnétique, tout en conservant les propriétés habituelles de SrRuO3 observées lors des études précédentes.

Le professeur Lee a affirmé que la SrRuO3 asymétrique développée par son équipe est cruciale pour explorer la relation entre le ferromagnétisme et l'effet Hall de spin. Il est enthousiaste à l'idée de voir davantage de recherches découvrir de nouveaux mécanismes de transfert de spin (SOT) et donner lieu à des matériaux SOT monocristallins, hautement efficaces et fonctionnant à température ambiante.

Cette recherche a bénéficié du soutien financier du Programme d'Incubation des Technologies Futuristes de Samsung et du Programme de Recherche en Milieu de Carrière de la Fondation Nationale de la Recherche de Corée.