Elektronbøjningseffekt kan øge computerens hukommelse

Et nyt magnetisk materiale udviklet af RIKEN-fysikere kunne booste computerhukommelseslagring ved at muliggøre højere hukommelsestæthed og hurtigere hukommelsesskrivehastigheder. Deres forskning er blevet publiceret i tidsskriftet Nature Communications .

Hukommelsesenheder såsom harddiske gemmer data ved at skabe forskellige magnetiseringsmønstre på tværs af et magnetisk materiale. De bruger magnetiske materialer kendt som ferromagneter - materialer som jern og kobolt, hvori de magnetiske felter fra individuelle atomer flugter med hinanden, når et magnetfelt påføres.

Ferromagneter er dog ikke ideelle til datalagring. "Problemet med ferromagneter er, at nærliggende områder kan forstyrre og forårsage spontan magnetisering, der ødelægger data. Så du kan ikke have en høj hukommelsestæthed," forklarer Meng Wang fra RIKEN Center for Emergent Matter Science. "Derudover er det langsomt at skifte magnetiseringsmønstre."

Antiferromagnetiske materialer, hvor magnetfelterne i tilstødende atomer har en tendens til at opstille i modsatte retninger, er lovende til at løse disse udfordringer. Men fordi magnetisering ikke kan observeres i antiferromagneter, ville fysikere have brug for en anden teknik til at kode og udlæse data.

I de sidste 20 år har fysikere foreslået, at visse antiferromagnetiske materialer kunne understøtte en anden form for adfærd, kaldet den "anomale Hall-effekt". Det kunne bruges til at manipulere elektroner i antiferromagnetiske materialer til at lagre og udlæse data.

Den konventionelle Hall-effekt blev først observeret i ikke-magnetiske materialer for mere end et århundrede siden af ​​den amerikanske fysiker Edwin Hall. Når et elektrisk felt påføres et ledende materiale, bevæger elektronerne sig i en lige linje langs materialet, parallelt med det elektriske felt. Men Hall opdagede, at når et eksternt magnetfelt også påføres, bøjes elektronernes vej.

Senere opdagede Hall, at denne bøjning også kan ske i nogle magnetiske materialer, selv når der ikke påføres et eksternt magnetfelt - et fænomen, der blev kaldt den unormale Hall-effekt.

Nu har Wang og kolleger demonstreret den unormale Hall-effekt i et antiferromagnetisk metal, der indeholder ruthenium og oxygen, uden magnetfelt. Holdet var nødt til at tilføje en lille mængde krom til krystallen, som en smule ændrede dens symmetriske struktur, hvilket muliggjorde effekten.

Den unormale Hall-effekt var tidligere blevet set i mere komplekse typer antiferromagneter. Men det er første gang, effekten er blevet observeret i et antiferromagnetisk metal, der har en simpel ko-lineær struktur, hvilket gør det attraktivt til praktiske anvendelser.

"Dette materiale er meget nemt at fremstille i tynd film," siger Wang. "Vi håber, at vores arbejde inspirerer andre til at søge efter andre materialer, der er billige og nemme at lave."

Flere oplysninger: Meng Wang et al., Emergent zero-field anomalous Hall-effekt i et rekonstrueret rutil antiferromagnetisk metal, Nature Communications (2023). DOI:10.1038/s41467-023-43962-0

Journaloplysninger: Nature Communications

Leveret af RIKEN