Byggesten til magnetoelektrisk spin-orbit-logik åbner ny vej for laveffekt-over-CMOS-teknologier

I en artikel offentliggjort i Nature Communications , et internationalt hold ledet af forskere fra Nanodevices-gruppen på CIC nanoGUNE lykkedes med spændingsbaseret magnetiseringskobling og aflæsning af magnetoelektriske spin-orbit nanoenheder. Denne undersøgelse udgør et principbevis for disse nanoenheder, som er byggestenene til magnetoelektrisk spin-orbit (MESO) logik, der åbner en ny vej for lav-effekt hinsides CMOS-teknologier.

En vej til magnetisk feltfri, spændingsbaseret omskiftning af magnetisme er blevet foreslået ved hjælp af magnetoelektriske materialer, der udviser mere end en af ​​de primære ferroiske egenskaber i samme fase. Blandt flere mulige kombinationer forventes sameksistensen af ​​ferroelektricitet og ferromagnetisme at tillade styring af magnetisering gennem omskiftning af den ferroelektriske polarisation med et elektrisk felt.

I denne kategori er bismuthferrit (BiFeO₃ ) har været det mest undersøgte materiale, der udviser en tæt kobling mellem antiferromagnetiske og ferroelektriske ordener ved stuetemperatur.

Vejen til multiferroic-baserede enheder har været lang og indviklet, med sparsomme resultater rapporteret. Alligevel forventes det, at sådanne enheder kan bringe magnetiseringsskriveenergier ned til attojoule-området, en forbedring af flere størrelsesordener sammenlignet med avancerede strømbaserede enheder.

Denne drivkraft førte til det nylige forslag fra MESO-logik, der foreslår en spin-baseret nanoenhed, der støder op til en multiferroisk, hvor magnetiseringen skiftes udelukkende med en spændingsimpuls og aflæses elektrisk ved hjælp af spin-til-opladning strømkonvertering (SCC) fænomener.

Nu demonstrerede et team af forskere den eksperimentelle implementering af en sådan enhed. Holdet fremstillede SCC nanoenheder på BiFeO₃ og analyserede reversibiliteten af ​​magnetiseringen af ​​ferromagnetisk CoFe ved hjælp af en kombination af piezorespons og magnetisk kraftmikroskopi, hvor polarisationstilstanden af ​​BiFeO₃ og magnetiseringen af ​​CoFe afbildes ved skift.

Forskerne korrelerede derefter dette med alle-elektriske SCC-eksperimenter, hvor spændingsimpulser blev påført for at skifte BiFeO₃ , vending af magnetiseringen af ​​CoFe (skrivning) og forskellige SCC-udgangsspændinger blev målt afhængigt af magnetiseringsretningen (aflæsning).

De offentliggjorte resultater understøtter spændingsbaseret magnetiseringskobling og aflæsning i nanoenheder ved stuetemperatur, aktiveret ved udvekslingskobling mellem multiferroisk BiFeO₃ og ferromagnetisk CoFe til skrivning og SCC mellem CoFe og Pt til læsning.

Mens der kræves yderligere arbejde med hensyn til kontrollerbarhed og reproducerbarhed af koblingen, specifikt med hensyn til de ferroelektriske og magnetiske teksturer i BiFeO₃ , giver disse resultater et vigtigt skridt fremad mod spændingskontrol af magnetisering i nanoskalamagneter, som er afgørende for fremtidige spin-baserede logik- og hukommelsesenheder med lav effekt.

Flere oplysninger: Diogo C. Vaz et al., Spændingsbaseret magnetiseringskobling og aflæsning i magnetoelektriske spin-orbit nanoenheder, Nature Communications (2024). DOI:10.1038/s41467-024-45868-x

Journaloplysninger: Nature Communications

Leveret af Elhuyar Fundazioa