Ultratynd flerlagsfilm til næste generations datalagring og -behandling

Et team af forskere ledet af lektor Yang Hyunsoo fra Department of Electrical and Computer Engineering ved National University of Singapore (NUS) Tekniske Fakultet har opfundet en ny ultratynd flerlagsfilm, der kan udnytte egenskaberne af små magnetiske hvirvler, kendt som skyrmions, som informationsbærere til lagring og behandling af data på magnetiske medier.

Den tynde film i nano-størrelse, som blev udviklet i samarbejde med forskere fra Brookhaven National Laboratory, Stony Brook University, og Louisiana State University, er et kritisk skridt i retning af design af datalagringsenheder, der bruger mindre strøm og arbejder hurtigere end eksisterende hukommelsesteknologier. Opfindelsen blev rapporteret i prestigefyldt videnskabeligt tidsskrift Naturkommunikation den 10. marts 2017.

Små magnetiske hvirvler med stort potentiale som informationsbærere

Den digitale transformation har resulteret i stadig større krav til bedre behandling og lagring af store datamængder, samt forbedringer i harddiskteknologi. Siden deres opdagelse i magnetiske materialer i 2009, skyheste, som er små hvirvlende magnetiske teksturer, der kun er få nanometer store, er blevet grundigt undersøgt som mulige informationsbærere i næste generations datalagring og logiske enheder.

Skyrmions har vist sig at eksistere i lagdelte systemer, med et tungmetal placeret under et ferromagnetisk materiale. På grund af samspillet mellem de forskellige materialer, en grænseflade symmetri bryde interaktion, kendt som Dzyaloshinskii-Moriya-interaktionen (DMI), dannes, og dette hjælper med at stabilisere en skyrmion. Imidlertid, uden et magnetisk felt ude af planet til stede, skyrmions stabilitet kompromitteres. Ud over, på grund af sin lille størrelse, det er svært at forestille sig materialerne i nano-størrelse.

For at imødegå disse begrænsninger, forskerne arbejdede på at skabe stabile magnetiske skyrmions ved stuetemperatur uden behov for et forspændende magnetfelt.

Unikt materiale til datalagring

NUS -teamet, som også omfatter Dr. Shawn Pollard og Yu Jiawei fra NUS Department of Electrical and Computer Engineering, fandt ud af, at et stort DMI kunne opretholdes i flerlagsfilm sammensat af kobolt og palladium, og dette er stort nok til at stabilisere skyrmion -spin -teksturer.

For at forestille den magnetiske struktur af disse film, NUS -forskerne, i samarbejde med Brookhaven National Laboratory i USA, anvendte Lorentz transmissionselektronmikroskopi (L-TEM). L-TEM har evnen til at se magnetiske strukturer under 10 nanometer, men det er ikke tidligere blevet brugt til at observere skyrmions i flerlagsgeometrier, da det blev forudsagt at udvise nul -signal. Imidlertid, når eksperimenterne udføres, fandt forskerne, at ved at vippe filmene i forhold til elektronstrålen, de fandt ud af, at de kunne opnå klar kontrast i overensstemmelse med den forventede for skyrmions, med størrelser under 100 nanometer.

Dr. Pollard forklarede, "Det har længe været antaget, at der ikke er noget DMI i en symmetrisk struktur som den, der er til stede i vores arbejde, derfor, der vil ikke være nogen skyrmion. Det er virkelig uventet for os at finde både store DMI og skyrmions i den flerlagsfilm, vi konstruerede. Hvad mere er, disse nanoskala skyrmions fortsatte, selv efter fjernelse af et eksternt partisk magnetisk felt, som er de første af slagsen. "

Assoc Prof Yang tilføjede, "Dette eksperiment demonstrerer ikke kun nytten af ​​L-TEM til at studere disse systemer, men åbner også op for et helt nyt materiale, hvor der kan oprettes skyrmions. Uden behovet for et forspændingsfelt, design og implementering af skyrmion -baserede enheder er væsentligt forenklet. Skyrmionernes lille størrelse, kombineret med den utrolige stabilitet, der genereres her, kan potentielt være nyttig til design af næste generations spintronic-enheder, der er energieffektive og kan udkonkurrere nuværende hukommelsesteknologier. "