En fire-stats magnetisk tunnelforbindelse til nye spintronics-applikationer

En tunnelforbindelse er en enhed bestående af to ledende lag adskilt af et isolerende lag. klassisk, modstanden til at drive strøm over et isolerende lag er uendelig; imidlertid, når det isolerende lag er tyndt (~ 1-2 nanometer), ladningsbærere kan tunnelere gennem det isolerende lag, på grund af deres kvantenatur. Når de ledende lag er magnetiske, et magnetisk tunnelkryds (MTJ), hvis modstand afhænger af de magnetiske konfigurationer, opnås. Nuværende MTJ'er har kun to modstandstilstande, da de understøtter enten parallelle eller anti-parallelle magnetiske konfigurationer af de to magnetiske lag. To-stats MTJ har spillet en central rolle i spintronics, en gren af ​​elektronik, der bruger det magnetiske moment forbundet med elektronens spin ud over den elektronladning, der bruges i traditionel elektronik. Dermed, for eksempel, to-stats MTJ er hovedbyggestenen i den magnetiske random access memory (MRAM).

Nu, forskere fra Bar-Ilan University's Institut for Fysik og Institut for Nanoteknologi og Avancerede Materialer, sammen med en gruppe fra Instituto Superior Tecnico (IST), Universidade de Lisboa og INESC Microsystems and Nanotechnologies, har introduceret en ny type MTJ med fire modstandstilstande, og med succes demonstreret skift mellem tilstandene med spinstrømme. Det øgede antal tilstande opnås ved at erstatte et af de magnetiske lag med en struktur i form af to krydsende ellipser.

"Da det for nylig er blevet vist, at strukturer i form af N krydsende ellipser kan understøtte to i kraft af 2N stater, de nuværende resultater kan bane vejen for MTJ'er med meget større antal modstandstilstande, " siger prof. Lior Klein, Formand for Bar-Ilan University's Institut for Fysik, som ledede Bar-Ilan-gruppen inklusive Dr. Shubhankar Das, Ariel Zaig, og Dr. Moty Schultz. Prof. Susana Cardoso ledede gruppen fra Instituto Superior Tecnico (IST), Universidade de Lisboa og INESC Microsystems and Nanotechnologies, sammen med Dr. Diana C. Leitao. "Sådanne MTJ'er kan muliggøre nye spintronics-enheder, f.eks., multi-level MRAM, som gemmer data meget tættere, eller neuromorf hukommelse, der imødekommer kunstig intelligens-udfordringer ved udførelse af kognitive opgaver, " tilføjer Klein.