Ultra-energieffektiv magnetisk hukommelse ved at kontrollere atomernes former

Figur.1.(Venstre) Transmissionselektronmikroskopibillede. Vi forberedte FePt nanoskala magnet, som er atomisk styret. (Til højre) Vi påførte eksterne spændinger til at prøve og udførte synkrotron røntgenabsorptionseksperiment. Kredit:Osaka University

En forskergruppe ledet af Osaka University opdagede et nyt princip til at realisere ultra-energieffektiv magnetisk hukommelse ved elektrisk at styre atomernes former.

Ikke-flygtig magnetisk hukommelse ved hjælp af nanometer-magneter, MRAM (magnetoresistive random access memory), påkrævet magnetiseringsvending ved at påføre spænding. Dermed, ultra-energieffektiv magnetiseringsvending på nanosekunder er at foretrække. Imidlertid, værdien af den nuværende teknologi, spændingsstyret magnetisk anisotropi (VCMA), var mindre end en tiendedel af det nødvendige niveau for anvendelse. Det er vigtigt at udvikle VCMA-effekten ved hjælp af de nye materialer.

Lektor Shinji MIWA ved Osaka University, Dr. Motohiro SUZUKI ved Japan Synchrotron Radiation Research Institute, Adjunkt Masahito TSUJIKAWA ved Tohoku University, Dr. Takayuki NOZAKI ved National Institute of Advanced Industrial Science and Technology, og Dr. Tadakatsu OHKUBO ved National Institute for Materials Science, lavet et platinmonatomisk lag placeret på ferromagnetisk jern (FePt|MgO-system), der blev kontrolleret på atomniveau. (Figur.1. Venstre)

Da der er korrelation mellem en spin-orbit interaktion og en VCMA, denne gruppe fokuserede på FePt|MgO, som indeholder platin med store spin-orbit interaktioner. Ved at bruge FePt|MgO, denne gruppe udførte eksperimenter for at afklare VCMA ved røntgenstrålelinjer i SPring-8 synkrotronstrålingsanlægget. (Figur.1. Højre)

Figur.2. Spændingskontrol magnetisk anisotropi er 30 fJ/Vm i Fe-MgO system, og FePt er 140 fJ/Vm. I dette studie, vi finder, at spændingsstyret magnetisk anisotropi i FePt-systemet har to mekanismer. Vi finder også, at FePt potentielt har en spændingsstyret magnetisk anisotropikoefficient på mere end 1000 fJ/Vm. Kredit:Osaka University

Ud fra disse eksperimenter og teoretiske beregninger, denne gruppe opdagede, at FePt|MgO-systemet, der viste en VCMA på 140 fJ/Vm, havde to forskellige mekanismer og potentielt besidder en enorm VCMA ud over 1, 000 fJ/Vm. (Figur.2.)

Denne gruppe observerede ændringer i magnetisk dipolled efter spænding i eksperimentet ved SPring-8. Ud fra teoretiske beregninger, man fandt ud af, at i FePt|MgO-systemet, VCMA'erne fra konventionelt kendte Mechanism A (det orbitale magnetiske moment inductino) og nyopdagede Mechanism B (magnetisk dipol-term inductino) blev delvist annulleret af hinanden, hvilket resulterer i en VCMA på 140 fJ/Vm.

Som vist i figur 2, Mekanismerne A og B har en VCMA-værdi på 1, 000 fJ/Vm eller mere, så design af materialer for at skabe en synergistisk effekt vil tillade udvikling af materialer med en VCMA på 1, 000 fJ/Vm eller mere.

Brugen af denne gruppes resultater i design af materialer vil gøre det muligt at opnå en VCMA på 10 gange større end den for eksisterende materialer, hvilket vil give mulighed for energibesparende ikke-flygtig hukommelse, der kan reducere varmeudvikling.

Figur.3. Spændingsstyret magnetisk anisotropi af FePt nanomagnet har to mekanismer. Velkendt mekanisme A kan beskrives ved ladningsdoping, og det kan bekræftes ved at måle orbitalt magnetisk moment. Ny mekanisme B kan beskrives ved afgiftsomfordeling, og det kan bekræftes ved at måle magnetisk dipolmoment. Kredit:Osaka University

Sidste artikelSuperledende qubits kan fungere som kvantemotorer

Næste artikelKina afslutter opførelsen af et stabilt højt magnetfelt anlæg