Manipulering af magnetisk domæne dynamik i ultratynde flerlagsmaterialer

En ny vej til at indstille og kontrollere de magnetiske domænevægsbevægelser ved at anvende kombinationer af nyttige magnetiske effekter inde i meget tynde filmmaterialer, er blevet demonstreret af forskere fra Daegu Gyeongbuk Institute of Science and Technology (DGIST) i Korea. Forskningen, offentliggjort i tidsskriftet Advance Science , tilbyder en ny indsigt i spintronics og et skridt mod ny ultrahurtig, ultralille, og strømeffektive it-enheder.

Spintronics er en gren af ​​elektronik, der bruger retningen af ​​en elektrons spin i stedet for dens elektriske ladning. Kombinationen af ​​spin med elektronens ladning – allerede udnyttet i konventionelle elektroniske systemer – giver mere kraftfulde og forskelligartede måder at kode og afkode data på. Forskere mener, at spintronics kan bruges til at udvikle såkaldt 'racetrack memory' for eksempel, med den lagrede information skubbet langs en tynd ledning med høj hastighed.

Den nye undersøgelse demonstrerer en ny måde at håndtere informationsbehandlingen ved hjælp af bevægelsen af ​​magnetisk tilstand af tyndfilmsenheden. Det udnytter nogle usædvanlige effekter, der opstår, når materialer med kontrasterende typer af magnetisk materiale klemmes sammen.

Forskningen fokuserer på en enhed, der kombinerer såkaldte ferromagnetiske og antiferromagnetiske materialer, hvor retningerne af elektronspin flugter forskelligt inden for de respektive magnetiske materialer.

Meget forskning i spintronik fokuserer på det smalle område, hvor to sådanne kontrasterende magnetiske materialer mødes, og hvordan dette 'domæne' og 'domænevæg' kan forplante sig. En ekstern elektrisk strøm, for eksempel, kan flytte det magnetiske domæne, selvom denne proces er svær at kontrollere og endnu ikke tilbyder en præcis nok bevægelse, som videnskabsmænd søger.

Jung-Il Hong fra Institut for Emerging Materials Science ved DGIST, og hans kolleger drager fordel af et andet 'effektivt' magnetfelt, der allerede var til stede i systemet, der kombinerer DMI- og udvekslingsbiaseffekter. Spins opstilles på forskellige måder som reaktion på magnetfeltet og elektriske strømme i den magnetiske struktur, og magnetiske domæners opførsel kunne også kontrolleres på grund af disse kombinerede magnetiske effekter.

De demonstrerer også, at retningen af ​​udvekslingsforspændingsfeltet kan omkonfigureres ved blot at injicere spinstrømme gennem enheden, muliggør elektrisk og programmerbar drift af enheden.

Hong siger, at "for at spintronics-enheder kan gå fra teori til virkelighed, magnetiske domæners adfærd og domænevægsgrænseflader, der adskiller dem, skal forstås korrekt i flerlagsmaterialer. Vores arbejde tager et skridt i retning af en finere drift af domænemanipulation i enhedsstrukturen, som vi mener let kunne integreres i logiske enheder."