Nedskalering af lagerenheder:Magnetisk hukommelse baseret på chiraliteten af ​​spiralmagneter

Et team af forskere har foreslået et nyt koncept for magnetbaserede hukommelsesenheder, der kan revolutionere informationslagringsenheder på grund af deres potentiale for storstilet integration, ikke-flygtighed og høj holdbarhed.

Detaljer om deres resultater blev offentliggjort i tidsskriftet Nature Communications den 7. marts 2024.

Spintroniske enheder, repræsenteret ved magnetisk random access memory (MRAM), bruger magnetiseringsretningen af ​​ferromagnetiske materialer til at huske information. På grund af deres ikke-volatilitet og lave energiforbrug vil spintronic-enheder sandsynligvis spille en central rolle i fremtidige informationslagringskomponenter.

Ferromagnet-baserede spintronics-enheder har dog en potentiel faldgrube. Ferromagneter genererer magnetiske felter omkring dem, som påvirker nærliggende ferromagneter. I en integreret magnetisk enhed resulterer dette i krydstale mellem magnetiske bits, hvilket vil begrænse den magnetiske hukommelsestæthed.

Forskerholdet, som omfattede Hidetoshi Masuda, Takeshi Seki, Yoshinori Onose og andre fra Tohoku University's Institute for Materials Research, og Jun-ichiro Ohe fra Toho University, demonstrerede, at magnetiske materialer kaldet spiralmagneter kan bruges til en magnetisk hukommelsesenhed, som skulle løse magnetfeltproblemet.

I spiralformede magneter er retningerne af de atomare magnetiske momenter ordnet i en spiral. Højre- eller venstrehåndetheden af ​​spiralen, kaldet chiralitet, kunne bruges til at huske informationen. De magnetiske felter induceret af hvert atomisk magnetisk moment ophæver hinanden, så de spiralformede magneter genererer ikke noget makroskopisk magnetfelt. "Hukommelsesenhederne baseret på helimagneternes behændighed, fri for krydstale mellem bits, kunne bane en ny vej til at forbedre hukommelsestætheden," siger Masuda.

Forskerholdet demonstrerede, at chiralitetshukommelsen kan skrives og udlæses ved stuetemperatur. De fremstillede epitaksiale tynde film af en rumtemperatur helimagnet MnAu₂ og demonstrerede skiftet af chiralitet (højre- og venstrehåndethed af spiralen) ved de elektriske strømimpulser under magnetiske felter. Desuden fremstillede de en dobbeltlagsenhed bestående af MnAu₂ og Pt (platin) og demonstrerede, at chiralitetshukommelsen kan udlæses som en modstandsændring, selv uden magnetiske felter.

"Vi har afdækket den potentielle kapacitet af chiralitetshukommelse i spiralformede magneter til næste generations hukommelsesenheder; den kan tilbyde højdensitet, ikke-flygtige og meget stabile hukommelsesbits," tilføjer Masuda. "Dette vil forhåbentlig føre til fremtidige lagerenheder med ultrahøj informationstæthed og høj pålidelighed."

Flere oplysninger: Hidetoshi Masuda et al., Skift og detektion af rumtemperaturkiralitet i en helimagnetisk MnAu₂ tynd film, Nature Communications (2024). DOI:10.1038/s41467-024-46326-4

Journaloplysninger: Nature Communications

Leveret af Tohoku University