Nuova scoperta porta grandi progressi nella ricerca sui materiali a effetto coppia di spin

RomeI ricercatori dell'Università di Scienza e Tecnologia di Pohang (POSTECH) hanno compiuto un avanzamento significativo nella ricerca sui materiali. Questo progresso ha portato a notevoli sviluppi nei materiali spin-orbit torque (SOT), cruciali per la memoria DRAM del futuro. Il team di ricerca era composto dal Professor Daesu Lee e dal dottorando Yongjoo Jo del Dipartimento di Fisica, oltre al Professor Si-Young Choi del Dipartimento di Scienza dei Materiali e Ingegneria. I loro risultati sono stati pubblicati su Nano Letters.

La scoperta cruciale riguardava:

• Sviluppo di un'efficiente commutazione della magnetizzazione SOT senza campo.
• Utilizzo del controllo atomico di ossidi compositi.
• Focalizzazione sul rutenato di stronzio (SrRuO₃).

SOT avviene quando le proprietà magnetiche ed elettriche degli elettroni interagiscono. Questa interazione modifica lo stato magnetico attraverso il movimento dello spin quando scorre corrente. Utilizzare dati magnetici anziché elettrici riduce il consumo energetico della memoria. Questo è particolarmente utile per la memoria non volatile, che conserva i dati anche senza alimentazione elettrica.

I ricercatori stanno esaminando diversi materiali, principalmente semiconduttori e metalli, per identificare quelli che mostrano sia magnetismo che l'effetto spin-Hall. L'obiettivo principale è ottenere una commutazione della magnetizzazione efficiente tramite le coppie di spin-orbita (SOTs). Una sfida che devono affrontare è che le correnti di spin opposte generate in un singolo strato possono annullarsi a vicenda.

Professori Lee e Choi hanno affrontato questo problema modificando la struttura microscopica del materiale. Si sono concentrati su SrRuO3, noto per le sue proprietà magnetiche e gli effetti spin-Hall. Il team ha creato SrRuO3 con effetti spin-Hall differenti negli strati superiori e inferiori, regolando la struttura atomica di questi strati.

Leggi anche:

Oggi · 09:56

Rivoluzione dei trapianti: una sfida senza rigetto

Hanno regolato l'effetto spin-Hall utilizzando una superficie appositamente progettata per controllare la direzione della magnetizzazione. Sono riusciti a invertire la magnetizzazione in modo efficiente senza l'uso di un campo magnetico. Hanno integrato la spin-orbit torque (SOT) in un dispositivo composto da SrRuO3, permettendo di modificare l'orientamento magnetico utilizzando solo una corrente elettrica per scrivere e leggere i dati.

Il dispositivo di memoria ottenuto ha dimostrato:

• Efficienza massima (da 2 a 130 volte superiore).
• Consumo energetico minimo (da 2 a 30 volte inferiore).

Questo è stato confrontato con qualsiasi sistema a strato singolo noto, privo di campo magnetico. La magnetizzazione è stata invertita senza l'uso di un campo magnetico, mantenendo le consuete proprietà di SrRuO3 riscontrate in studi precedenti.

Il Professor Lee ha dichiarato che lo SrRuO3 asimmetrico creato dal team è cruciale per studiare la relazione tra il ferromagnetismo e l'effetto spin-Hall. È impaziente di vedere ulteriori ricerche che identifichino nuovi meccanismi SOT e portino alla creazione di materiali SOT a singola fase altamente efficienti e funzionanti a temperatura ambiente.

Lo studio è stato finanziato dal Programma di Incubazione di Tecnologia Futura di Samsung e dal Programma di Ricerca per Ricercatori a Metà Carriera della Fondazione Nazionale per la Ricerca della Corea.