Isolering af antiferromagnetiske materialer til fremtidige computere

Fremtidig computerteknologi baseret på isolerende antiferromagneter skrider frem. Elektrisk isolerende antiferromagneter såsom jernoxid og nikkeloxid består af mikroskopiske magneter med modsatte retninger. Forskere ser dem som lovende materialer, der erstatter nuværende siliciumkomponenter i computere. Fysikere ved Johannes Gutenberg University Mainz (JGU) i samarbejde med Tohoku University i Sendai i Japan, synkrotronkilderne BESSY-II på Helmholtz-Zentrum Berlin (HZB), og Diamond lyskilde, Storbritanniens nationale synkrotron, har demonstreret, hvordan information kan skrives og læses elektrisk i isolerende antiferromagnetiske materialer.

Ved at korrelere ændringen i den magnetiske struktur, observeret med synkrotronbaseret billeddannelse, til de elektriske målinger udført på JGU, det var muligt at identificere skrivemekanismerne. Denne opdagelse åbner vejen for applikationer lige fra ultrahurtig logik til kreditkort, der ikke kan slettes af eksterne magnetiske felter-takket være antiferromagnets overlegne egenskaber frem for ferromagneter. Forskningen er blevet offentliggjort i Fysisk gennemgangsbreve .

Antiferromagnetiske materialer muliggør muligvis hukommelseselementer meget hurtigere og med større lagerkapacitet, end hvad det er tilgængeligt nu med konventionel elektronik. Imidlertid, disse materialer er meget vanskelige at kontrollere og opdage, hvilket gør skrive- og læseoperationer i enheder udfordrende. I sin Nobelpristale fra 1970, Louis Néel beskrev antiferromagnetiske materialer som interessante, men ubrugelige. Man troede, at man kun kan manipulere disse materialer ved meget stærke magnetfelter, som ikke kan genereres let og kræver, for eksempel, brug af superledende magneter. Situationen har ændret sig drastisk i de sidste par år, med rapporter, der viser, at det er muligt at kontrollere antiferromagnetiske materialer, herunder endda isolatorer effektivt ved hjælp af elektriske strømme.

"Vi ved, at vi snart vil nå grænserne for konventionel elektronik baseret på silicium, på grund af den kontinuerlige teknologiske forbedring. Det er hovedårsagen til at drive forskning inden for spintronics, som har til formål at udnytte ikke kun ladningen af ​​elektronerne, men også centrifugeringsgraden af ​​frihed, fordobling af de oplysninger, der bæres og beregnes, "sagde Dr. Lorenzo Baldrati, Marie Skłodowska-Curie Fellow ved Mainz University og første forfatter af papiret. "Vores forskning viser, at antiferromagnetiske isoleringsmaterialer kan skrives effektivt og læses elektrisk, hvilket er et vigtigt trin i betragtning af applikationer. "

Professor Olena Gomonay fra den JGU-baserede gruppe af professor Jairo Sinova udviklede teorien. "Jeg nød det fælles arbejde, de eksperimentelle kolleger i Mainz havde. Det var spændende at se, hvordan teori og eksperiment hjælper hinanden med at opdage nye fysiske mekanismer og fænomener, "sagde Golomay." Selvom vores arbejde kun fokuserede på ét bestemt system, det kan betragtes som et princip-bevis for familien af ​​antiferromagnetiske isolatorer. Vi håber, at den dybe forståelse af antiferromagnetisk dynamik, som vi opnåede under dette projekt, vil skubbe det spændende felt inden for antiferromagnetisk spintronik frem og være et udgangspunkt for nye fælles projekter fra vores grupper. "