Undersøgelse viser quenching af en antiferromagnet til højresistivitetstilstande

Antiferromagnetisme er en type magnetisme, hvor parallelle, men modsatrettede spins opstår spontant i et materiale. Antiferromagneter, materialer, der udviser antiferromagnetisme, har fordelagtige egenskaber, der gør dem særligt lovende til fremstilling af spintroniske enheder.

I modsætning til konventionelle elektroniske enheder, som bruger den elektriske ladning af elektroner til at kode information, spintronics procesinformation, der udnytter elektronernes iboende vinkelmomentum, en egenskab kendt som "spin". På grund af deres ultrahurtige natur, deres ufølsomhed over for ydre magnetfelter og deres mangel på magnetiske strøgfelter, antiferromagneter kunne være særligt ønskværdige til udvikling af spintroniske enheder.

På trods af deres fordele og deres evne til at gemme information, de fleste simple antiferromagneter har svage udlæsningsmagnetoresistivitetssignaler. I øvrigt, Hidtil har fysikere ikke været i stand til at ændre den magnetiske rækkefølge af antiferromagneter ved hjælp af optiske teknikker, hvilket i sidste ende kunne give enhedsingeniører mulighed for at udnytte disse materialers ultrahurtige natur.

Forskere ved Det Tjekkiske Videnskabsakademi, Charles University i Prag og andre universiteter i Europa introducerede for nylig en metode til at opnå quenching af antiferromagneter til højresistivitetstilstande ved at anvende enten elektriske eller ultrakorte optiske impulser. Denne strategi, introduceret i et papir udgivet i Naturelektronik , kunne åbne interessante nye muligheder for udvikling af spintroniske enheder baseret på antiferromagneter.

"Vores oprindelige motivation var at løse en stor udfordring inden for spintronics, hvortil løsningen synes uden for rækkevidde af konventionelt anvendte ferromagneter; nemlig manglen på en universel koblingsmekanisme til at opnå kobling ved hjælp af elektriske såvel som optiske impulser i den samme enhed, " Tomas Jungwirth, en af ​​de forskere, der har udført undersøgelsen, fortalte Phys.org. "Vores antiferromagnetiske enheder tillader dette, og vi kan nu bruge pulslængde fra makroskopiske millisekundskalaer helt ned til en enkelt femtosekund-laserpuls."

I deres nylige undersøgelse, Jungwirth og hans kolleger var i stand til at overvinde en yderligere udfordring inden for spintronics. Specifikt, de var i stand til at opnå udlæsningssignaler af gigantiske magnetoresistensamplituder i simple magnetiske film, uden behov for at samle komplekse magnetiske flerlagsstrukturer. Forskerne opnåede dette ved hjælp af CuMnAs antiferromagnetiske film.

Bemærkelsesværdigt, de var i stand til at fremstille spintroniske enheder med reversible, reproducerbare og tidsafhængige koblingsmuligheder. Denne evne til at skifte magneter gør det muligt for deres enheder at efterligne komponenter i spiking neurale netværk (SNN'er), kunstige neurale netværk, der efterligner biologiske neurale netværk i hjernen. Denne funktion af designet introduceret af Jungwirth og hans kolleger er aldrig blevet realiseret ved hjælp af konventionelle metoder, der skifter magneter ved at omorientere magnetiseringsvektoren fra en til en anden retning over hele den aktive del af enheder.

"Vores switch-mekanisme er fundamentalt forskellig:De leverede quenching-impulser styrer niveauet af magnetisk domænefragmentering i enheden ned til en nano-skala, uden nødvendigvis at ændre middelretningen af ​​den magnetiske ordens vektor, " forklarede Jungwirth. "Det er bemærkelsesværdigt for os, dette kan gøres på en fuldstændig reversibel og reproducerbar måde, som vi demonstrerede i avisen."

I fremtiden, det nye design introduceret af Jungwirth og hans kolleger kunne muliggøre udviklingen af ​​nye og bedre ydende spintroniske enheder. I deres næste studier, forskerne planlægger at undersøge potentialet i deres design til neuromorfe computerapplikationer. Med andre ord, de planlægger at udforske muligheden for at bruge de enheder, de skabte, til at efterligne nogle af de synaptiske og neuronlignende funktioner i SNN'er.

"På et videnskabeligt plan, vi sigter nu mod at undersøge og forklare de fysiske grundprincipper i vores nye omskiftningsmekanisme ved hjælp af højrums- og tidsopløste mikroskopier skubbet til atom- og femtosekundgrænserne, " sagde Jungwirth. "Dette vil hjælpe os med at optimere parametrene for aktuelt anvendte antiferromagnetiske materialer eller identificere nye egnede materialekandidater."

© 2021 Science X Network