Kæmpe forbedring af magnetisk effekt vil gavne spintronics

(Phys.org) – Forskere har påvist, at belægning af en koboltfilm i grafen fordobler filmens vinkelrette magnetiske anisotropi (PMA), så det når en værdi, der er 20 gange højere end værdien af ​​traditionelle metalliske kobolt/platin-flerlag, der undersøges for denne egenskab. I et materiale med en høj PMA, magnetiseringen er orienteret vinkelret på grænsefladen mellem materialets lag. Der forskes i materialer med høj PMA for deres anvendelse i næste generation af spintroniske enheder, såsom højdensitetshukommelser og varmetolerante logiske porte.
Forskerne, Hongxin Yang, et al., har udgivet et papir om den gigantiske PMA-forbedring i et nyligt nummer af Nano bogstaver .

Generelt, spintroniske enheder fungerer ved at bruge magnetiske og elektriske felter til at skifte elektronspin mellem deres to tilstande, som gør det muligt at bruge spins som binære informationsbærere. Et af målene på dette område er at reducere størrelsen af ​​spintronic-enheder, samtidig med at der opnås en langsigtet opbevaring af information på mere end 10 år. For at gøre dette, opbevaringsmaterialet skal have en stor PMA.

"Perpendicular magnetic anisotropy (PMA) ved ferromagnetiske overgangsmetal/isolator-grænseflader er blevet af stor interesse i forbindelse med udvikling af forskellige spintroniske enheder, "medforfatter Mairbek Chshiev, en teoretisk fysiker og professor ved Joseph Fourier University i Grenoble, Frankrig, fortalte Phys.org . "Forbedring af effektiv PMA kan opnås enten ved at øge overflade-PMA eller ved at minimere mætningsmagnetiseringen af ​​lagerlaget. Co-grafen-heterostrukturerne præsenteret i manuskriptet drager fordel af begge disse egenskaber."

Som forskerne forklarer i deres papir, PMA-forstærkningen i de grafenbelagte koboltfilm stammer fra atomniveau, hvor grafen påvirker energien af ​​kobolts forskellige elektronorbitaler. Grafenbelægningen ændrer, hvordan disse orbitaler overlapper hinanden, hvilket igen ændrer retningen af ​​koboltfilmens samlede magnetfelt:noget af den magnetisering, der oprindeligt var parallel med filmoverfladen, er nu orienteret vinkelret på filmoverfladen.

Den grafenbelagte kobolt har en anden fordel, hvilket er, at filmen kan gøres væsentligt tykkere end andre høj-PMA materialer. Typisk, høj-PMA materialer kan kun være fem eller deromkring lag tykke, før deres vinkelrette magnetisme spontant begynder at omorientere sig i den parallelle retning. Forskerne her demonstrerede, at grafenbelagt kobolt kan bevare sin vinkelrette orientering selv ved 13 lag tykt, hvilket er en anden fordel for applikationer.

"For yderligere at optimere downsize-skalerbarheden af ​​spintronic-enheder, den effektive PMA af lagerlaget skal maksimeres, så den termiske stabilitetsfaktor forbliver høj nok til at opnå en langsigtet retention i gigabit-applikationer, " sagde Chshiev.

Forskerne håber, at disse resultater, som demonstrerer den store PMA-forbedring, som grafenbelægningen giver, vil gøre grafen-kobolt strukturer lovende kandidater til fremtidige spintroniske enheder. De planter for at fortsætte med at undersøge andre høj-PMA materialer i fremtiden.

"Vi vil udforske andre materialekombinationer med lav spin-orbit-kobling og alligevel høje PMA-værdier for traditionelle og grafen-spintroniske enheder i vertikal geometri, inklusive magnetiske tunnelforbindelser, " sagde Chshiev. "Spin orbitronics-fænomener i laterale grafen-baserede enheder vil også blive udforsket."

© 2015 Phys.org