Ny studie visar att exakt kontroll av atomer kan förbättra framtida minnesteknik.

StockholmForskare vid Pohang University of Science and Technology (POSTECH) har gjort en betydande förbättring inom materialforskning. Denna förbättring har lett till stor framsteg inom spin-orbit torque (SOT) material, som är viktiga för framtida DRAM-minne. Forskarteamet inkluderade professor Daesu Lee och doktorand Yongjoo Jo från institutionen för fysik, samt professor Si-Young Choi från institutionen för materialvetenskap och teknik. Deras resultat publicerades i Nano Letters.

Den viktiga upptäckten handlade om:

• Utveckla mycket effektiva och fältfria SOT-magnetiseringsomkopplingar.
• Använd atomnivåkontroll av sammansatta oxider.
• Fokusera på strontiumrutenat (SrRuO₃).

SOT inträffar när magnetiska och elektriska egenskaper hos elektroner interagerar. Denna interaktion förändrar det magnetiska tillståndet genom spinnens rörelse när strömmen flödar. Att använda magnetiska data istället för elektriska data minskar minnes energiförbrukning. Detta är användbart för icke-flyktigt minne, som behåller data även när strömmen är avstängd.

Forskare undersöker olika material, främst halvledare och metaller, för att hitta sådana som uppvisar både magnetism och "spin-Hall-effekten". Ett centralt mål är att uppnå effektiv magnetiseringsväxling genom spin-orbitala moment (SOTs). Ett problem de stöter på är att motstående spinnströmmar skapade i ett enda lager kan neutralisera varandra.

Professorerna Lee och Choi tog sig an problemet genom att ändra materialets lilla struktur. De fokuserade på SrRuO3, som uppvisar både magnetism och spin-Hall-effekter. Teamet skapade SrRuO3 med olika spin-Hall-effekter i de övre och nedre lagren genom att justera den atomära strukturen i dessa lager.

Läs också:

Idag · 09:56

En ny era för organacceptans genom nanoteknik

De anpassade spin-Hall-effekten genom att använda en specialdesignad yta för att styra magnetiseringens riktning. De lyckades med att effektivt byta magnetisering utan att använda ett magnetfält. De integrerade spin-orbit torque (SOT) i en enhet tillverkad av SrRuO3. Detta gjorde det möjligt för dem att ändra den magnetiska orienteringen med hjälp av enbart en elektrisk ström för att skriva och läsa data.

Den resulterande minnesenheten visade:

• Överlägsen effektivitet (2 till 130 gånger högre).
• Minsta energiförbrukning (2 till 30 gånger lägre).

Detta jämfördes med alla kända enlagersystem utan magnetfält. Magnetiseringen ändrades utan användning av ett magnetfält och behöll de vanliga egenskaperna hos SrRuO3 från tidigare studier.

Professor Lee uttryckte att det asymmetriska SrRuO3 som teamet skapade är betydelsefullt för att studera sambandet mellan ferromagnetism och spin-Hall-effekten. Han ser fram emot ytterligare forskning som identifierar nya SOT-mekanismer och leder till framtagandet av mycket effektiva, rumstempererade, enfasiga SOT-material.

Studien finansierades av Samsungs program för framtida teknologisk inkubation samt av Nationella forskningsstiftelsens program för forskare i mitten av karriären i Korea.