Novo estudo revela aprimoramento revolucionário em materiais para memórias do futuro

São PauloPesquisadores da Universidade de Ciência e Tecnologia de Pohang (POSTECH) realizaram um avanço significativo na pesquisa de materiais. Esse avanço levou a um progresso notável nos materiais de torque de spin-órbita (SOT), essenciais para a memória DRAM do futuro. A equipe de pesquisa incluiu o Professor Daesu Lee e o candidato a PhD Yongjoo Jo do Departamento de Física, além do Professor Si-Young Choi do Departamento de Ciência e Engenharia de Materiais. As descobertas foram publicadas na revista Nano Letters.

A descoberta principal envolveu:

• Desenvolvimento de comutação de magnetização SOT altamente eficiente e sem campo.
• Utilização de controle em nível atômico de óxidos compostos.
• Foco no estrôncio rutenato (SrRuO₃).

A SOI ocorre quando as propriedades magnéticas e elétricas dos elétrons interagem. Essa interação altera o estado magnético através do movimento do spin quando a corrente elétrica passa. Usar dados magnéticos em vez de elétricos reduz o consumo de energia da memória. Isso é vantajoso para memórias não voláteis, que mantêm os dados mesmo sem alimentação elétrica.

Pesquisadores estão explorando diferentes materiais, principalmente semicondutores e metais, para identificar aqueles que exibem tanto magnetismo quanto o "efeito spin-Hall". O foco principal é alcançar uma magnetização eficiente por meio de torques de spin-órbita (SOTs). Um dos desafios é que correntes de spin opostas geradas em uma única camada podem se anular.

Os professores Lee e Choi resolveram esse problema modificando a pequena estrutura do material. Eles se concentraram no SrRuO3, que apresenta magnetismo e efeitos Hall de spin. A equipe criou SrRuO3 com diferentes efeitos Hall de spin nas camadas superior e inferior ao ajustar a estrutura atômica dessas camadas.

Leia também:

Hoje · 04:56

Nova era em transplantes: aceitação de órgãos reinventada

Eles ajustaram o efeito spin-Hall utilizando uma superfície especialmente projetada para controlar a direção da magnetização. Conseguiram mudar a magnetização de forma eficiente sem usar um campo magnético. Eles incorporaram o torque de spin-órbita (SOT) em um dispositivo feito de SrRuO3, o que permitiu alterar a orientação magnética usando apenas uma corrente elétrica para escrever e ler dados.

O dispositivo de memória resultante apresentou:

• Maior eficiência (de 2 a 130 vezes superior).
• Menor consumo de energia (de 2 a 30 vezes inferior).

A eficácia foi comparada a qualquer sistema de camada única conhecido sem campo magnético. A magnetização foi alterada sem o uso de um campo magnético, mantendo as propriedades usuais do SrRuO3 já observadas em estudos anteriores.

O professor Lee destacou que o SrRuO3 assimétrico criado pela equipe é crucial para estudar a conexão entre o ferromagnetismo e o efeito spin-Hall. Ele está ansioso para ver mais pesquisas que identifiquem novos mecanismos de SOT e levem à criação de materiais de SOT altamente eficientes, em temperatura ambiente e de fase única.

O estudo foi financiado pelo Programa de Incubação de Tecnologia Futura da Samsung e pelo Programa de Pesquisa de Carreira Intermediária da Fundação Nacional de Pesquisa da Coreia.