Brug af Berry-fase monopolteknik til højtemperaturspintroniske enheder

Spintroniske enheder er elektroniske enheder, der udnytter elektronens spin (en iboende form for vinkelmomentum, som elektronen besidder) til at opnå højhastighedsbehandling og billig datalagring. I denne henseende er spin-overførselsmoment et nøglefænomen, der muliggør ultrahurtige spintroniske enheder med lav effekt. For nylig er spin-orbit-moment (SOT) dog dukket op som et lovende alternativ til spin-overførselsmoment.

Mange undersøgelser har undersøgt oprindelsen af ​​SOT, som viser, at i ikke-magnetiske materialer er et fænomen kaldet spin Hall-effekten (SHE) nøglen til at opnå SOT. I disse materialer er eksistensen af ​​en "Dirac band" struktur, et specifikt arrangement af elektroner med hensyn til deres energi, vigtig for at opnå stor SHE. Dette skyldes, at Dirac-båndstrukturen indeholder "hot spots" for Berry-fasen, en kvantefasefaktor, der er ansvarlig for den iboende SHE. Materialer med passende bærfase-hot spots er således nøglen til at udvikle SHE.

I denne sammenhæng er materialet tantalsilicid (TaSi₂ ) er af stor interesse, da den har flere Dirac-punkter nær Fermi-niveauet i sin båndstruktur, der er velegnet til at praktisere Berry-faseteknik. For at demonstrere dette undersøgte et hold forskere, ledet af lektor Pham Nam Hai fra Department of Electrical and Electronic Engineering ved Tokyo Institute of Technology (Tokyo Tech), Japan, for nylig indflydelsen af ​​Dirac-båndets hot spots på temperaturafhængigheden af HUN i TaSi₂ .

"Berry phase monopol engineering er en interessant forskningsvej, da den kan give anledning til effektive højtemperatur SOT-spintroniske enheder såsom den magneto-resistive random-access memory," siger Dr. Hai. Deres resultater blev offentliggjort i tidsskriftet Applied Physics Letters .

Gennem forskellige eksperimenter observerede holdet, at SOT-effektiviteten af ​​TaSi₂ forblev næsten uændret fra 62 K til 288 K, hvilket svarede til adfærden for konventionelle tungmetaller. Men efter at øge temperaturen yderligere, steg SOT-effektiviteten pludselig og næsten fordoblet ved 346 K. Derudover steg den tilsvarende SHE også på lignende måde.

Det var bemærkelsesværdigt, at dette var meget forskelligt fra adfærden for konventionelle tungmetaller og deres legeringer. Efter yderligere analyse tilskrev forskerne denne pludselige stigning i SHE ved høje temperaturer til Berry fase monopoler.

"Disse resultater giver en strategi til at forbedre SOT-effektiviteten ved høje temperaturer via Berry-fase monopolteknik," siger Dr. Hai.

Deres undersøgelse fremhæver potentialet ved Berry-fase monopolteknik til effektivt at bruge SHE i ikke-magnetiske materialer og giver en ny vej til udvikling af højtemperatur, ultrahurtig og laveffekt SOT spintronic-enheder.

Flere oplysninger: Ken Ishida et al., Forbedret spin Hall-effekt ved høj temperatur i ikke-centrosymmetrisk silicid TaSi2 drevet af Berryfase-monopoler, Applied Physics Letters (2023). DOI:10.1063/5.0165333

Journaloplysninger: Anvendt fysikbreve

Leveret af Tokyo Institute of Technology