Et nyt spin på datalagring med lav effekt:Små ferromagneter med ultratynde isolerende lag

Evnen til at kontrollere magnetiseringen af ​​elektroder fremstillet af ferromagneter kan hjælpe med at udvikle mere energieffektive enheder til spintroniske applikationer, herunder datalagringsteknologier, bærbar elektronik og implanterbart medicinsk udstyr.

Brændt af efterspørgslen efter informationsteknologier med øget kapacitet, miniaturenheder kaldet magnetiske tunnelkryds (MTJ'er) har vist sig som en lovende måde at gemme store mængder data på.

MTJ'er består af små ferromagneter adskilt af et ultratyndt isolerende lag. Deres elektriske modstand kan skiftes mellem lave og høje tilstande - svarende til de binære bits nul og en - og kan derfor bruges til at gemme oplysninger i magnetoresistiv tilfældig adgangshukommelse og andre spintroniske enheder.

Traditionelt set denne omskiftning har brugt et magnetfelt, et drejningsmoment med spin-orbit eller et spin-transfer-moment, som anvender en høj elektrisk strømtæthed på enheden, der derefter spilder store mængder energi.

Nu, Aitian Chen, KAUST -kolleger og forskere fra National University of Defense Technology i Kina, har lavet MTJ'er på ferroelektriske substrater. Disse kan styres af spænding alene, resulterer i en dramatisk reduktion i energiforbruget.

"Integrering af spintronics med multiferroics gør det muligt at koble magnetiske og elektriske egenskaber ved MTJ'er og er en lovende tilgang til energieffektiv drift af MTJ'er, "forklarer Chen.

For at styre spændingen på MTJ'er, forskerne brugte KAUSTs avancerede forstøvnings- og litografifaciliteter først til at deponere MTJ-film af høj kvalitet på de ferroelektriske substrater. Næste, de fremstillede enhederne ved hjælp af fotolitografi og ionfræsning.

Ved at påføre spænding på det ferroelektriske substrat, teamet kunne skifte magnetiseringskonfiguration af MTJ'er mellem antiparallelle og parallelle tilstande, der svarer til høj og lav elektrisk modstand, henholdsvis.

Brug af par elektroder på det ferroelektriske substrat til at generere en piezostrain, de var i stand til at modulere magnetiseringen af ​​det ferromagnetiske lag via stamme-medieret magnetoelektrisk kobling.

"I øjeblikket, vi kræver to elektrodepar for at opnå fuld kontrol over MTJ'er, men operationen er meget kompliceret. Vi søger nu at forenkle betjeningen ved kun at bruge et par elektroder, "siger Chen.