Antiferromagnetiske materialer kæmper frem mod kommerciel anvendelse

Jagten på intelligente databehandlingsparadigmer med høj kapacitet – for big data og kunstig intelligens – og den stadigt stigende mængde af digital information har ført til en intensiveret efterspørgsel efter næste generations elektroniske enheder, der forbruge høj hastighed og lavt strømforbrug. Den "glemte" verden af ​​antiferromagneter (AFM), en klasse af magnetiske materialer, giver løfte i fremtidig udvikling af elektroniske enheder og supplerer nutidens ferromagnet-baserede spintroniske teknologier (fig. 1).

Formidable udfordringer for udvikling af AFM-baseret funktionel spintronic enhed er højhastigheds elektrisk manipulation (optagelse), detektion (hentning), og sikring af stabiliteten af ​​den registrerede information - alt sammen i et halvlederindustrivenligt materialesystem.

Forskere ved Tohoku University, University of New South Wales (Australien), ETH Zürich (Schweiz), og Diamond Light Source (Storbritannien) demonstrerede med succes strøminduceret kobling i en polykrystallinsk metallisk antiferromagnetisk heterostruktur med høj termisk stabilitet. De etablerede resultater viser potentiale for informationslagring og -behandlingsteknologier.

Forskergruppen brugte en Mn-baseret metallisk AFM (PtMn)/tungmetal (HM) heterostruktur - attraktiv på grund af dens betydelige antiferromagnetiske anisotropi og dens kompatibilitet med PtMn Silicium-baseret elektronik (fig. 2(a)). Elektrisk registrering af modstandstilstande (1 eller 0) blev opnået gennem spin-orbit-interaktionen af ​​HM-laget; en ladestrøm i den tilstødende HM resulterede i spin-orbit drejningsmomenter, der virker på AFM, fører til en ændring i modstandsniveauet ned til et mikrosekundregime (fig. 2(b)).

"Interessant nok, omskiftningsgraden kan kontrolleres af styrken af ​​strømmen i HM-laget og viser langsigtede dataopbevaringsevner, " sagde Samik DuttaGupta, tilsvarende forfatter til undersøgelsen (fig. 2(c)). "De eksperimentelle resultater fra elektriske målinger blev suppleret med en magnetisk røntgenbilleddannelse, hjælper med at tydeliggøre den reversible karakter af koblingsdynamik lokaliseret inden for nm-størrelse AFM-domæner." (Fig. 2(d), (e)).

Resultaterne er den første demonstration af strøminduceret omskiftning af en industrikompatibel AFM ned til mikrosekundregimet inden for metallisk antiferromagnetisk spintronik. Disse resultater forventes at initiere nye veje til forskning og tilskynde til yderligere undersøgelser i retning af realisering af funktionelle enheder, der anvender metalliske AFM'er til informationslagring og -behandlingsteknologier.