Nowe badanie ujawnia, że precyzyjna kontrola atomów może zrewolucjonizować technologie pamięci w przyszłości.

WarsawNaukowcy z Pohang University of Science and Technology (POSTECH) poczynili istotny postęp w badaniach nad materiałami. To osiągnięcie przyczyniło się do znacznego rozwoju materiałów z momentem orbitalnym spinu (SOT), które są kluczowe dla przyszłej technologii pamięci DRAM. W skład zespołu badawczego wchodzili profesor Daesu Lee i doktorant Yongjoo Jo z Katedry Fizyki, a także profesor Si-Young Choi z Katedry Nauki o Materiałach i Inżynierii. Ich odkrycia zostały opublikowane w czasopiśmie Nano Letters.

Kluczowe odkrycie dotyczyło:

• Tworzenie wysoce wydajnego, bezpolowego przełączania magnetyzacji za pomocą momentów spinowych (SOT).
• Precyzyjna kontrola atomowa nad tlenkami kompozytowymi.
• Skupienie się na rutenianie strontu (SrRuO₃).

SOT występuje, gdy wzajemnie oddziałują właściwości magnetyczne i elektryczne elektronów. Ta interakcja zmienia stan magnetyczny poprzez ruch spinu, gdy płynie prąd. Wykorzystanie danych magnetycznych zamiast elektrycznych zmniejsza zużycie energii przez pamięć. Jest to przydatne w przypadku pamięci nieulotnej, która zachowuje dane nawet po wyłączeniu zasilania.

Naukowcy badają różne materiały, przede wszystkim półprzewodniki i metale, w poszukiwaniu tych, które wykazują jednocześnie magnetyzm i efekt spin-Halla. Kluczowym aspektem jest osiągnięcie efektywnego przełączania magnetyzacji za pomocą momentów spinowo-orbitowych (SOT). Jednym z problemów, z jakimi się mierzą, jest to, że przeciwdziałające sobie prądy spinowe generowane w jednej warstwie mogą się wzajemnie znosić.

Profesorowie Lee i Choi zajęli się tym problemem, zmieniając małą strukturę materiału. Skupili się na związku SrRuO3, który wykazuje zarówno magnetyzm, jak i efekty spin-Halla. Zespół stworzył SrRuO3, uzyskując różne efekty spin-Halla w górnej i dolnej warstwie poprzez modyfikację struktury atomowej tych warstw.

Zobacz również:

Dzisiaj · 09:56

Nowatorska akceptacja organów: przełom w medycynie transplantacyjnej

Dostosowali efekt Halla ze spinem, wykorzystując specjalnie zaprojektowaną powierzchnię do kontrolowania kierunku namagnesowania. Udało im się skutecznie przełączać namagnesowanie bez użycia pola magnetycznego. Włączyli moment spinowo-orbitalny (SOT) do urządzenia wykonanego z SrRuO3, co pozwoliło na zmianę orientacji magnetycznej wyłącznie za pomocą prądu elektrycznego do zapisywania i odczytywania danych.

Powstałe urządzenie pamięciowe wykazało:

• Najwyższa wydajność (2 do 130 razy większa).
• Najniższe zużycie energii (2 do 30 razy mniejsze).

Porównano to z jakimkolwiek znanym jedno-warstwowym systemem bez pola magnetycznego. Magnetyzacja została zmieniona bez użycia pola magnetycznego, zachowując typowe właściwości SrRuO3 znane z wcześniejszych badań.

Profesor Lee podkreślił, że asymetryczna SrRuO3 stworzona przez jego zespół odgrywa kluczową rolę w badaniach nad zależnościami między ferromagnetyzmem a efektem spin-Hall. Jest pełen entuzjazmu na myśl o dalszych badaniach, które mogłyby odkryć nowe mechanizmy SOT i doprowadzić do stworzenia wysoce wydajnych, jednofazowych materiałów SOT działających w temperaturze pokojowej.

Badanie zostało sfinansowane przez Program Inkubacji Technologii Przyszłości Samsunga oraz Program Badań dla Naukowców Średniego Etapu Kariery Narodowej Fundacji Nauki Korei.