Учени от Токийския технологичен институт (Tokyo Tech) изследват нова материална комбинация, която поставя началото на магнитните спомени с произволен достъп, които разчитат на въртенето - присъщо свойство на електроните - и биха могли да надминат текущите устройства за съхранение. Техният пробив, публикуван в ново проучване, описва нова стратегия за използване на свързани със спина явления в топологични материали, които могат да стимулират няколко напредъка в областта на спиновата електроника. Освен това, това изследване предоставя допълнителна представа за основния механизъм на свързаните със спина явления.

по-задълбочен

Спинтроника е модерно технологично поле, където „въртенето“ или ъгловият импулс на електроните играе основна роля във функционирането на електронните устройства. Всъщност колективните центрофуги са причината за любопитните свойства на магнитните материали, които се използват широко в съвременната електроника. Изследователите в световен мащаб се опитват да манипулират свързаните със спина свойства в определени материали, поради безброй приложения в устройства, които работят върху това явление, особено в енергонезависимите спомени. Тези магнитни енергонезависими памет, наречени MRAM, имат потенциал да надминат текущите полупроводникови памет по отношение на консумацията на енергия и скоростта.

Екип от изследователи от Tokyo Tech, ръководен от доц. Проф. Фам Нам Хай, наскоро публикува изследване в Journal of Applied Physics върху еднопосочно спин магнитоустойчивост на Хол (USMR), свързано със спин явление, което може да се използва за разработване на MRAM клетки с изключително проста структура. Спиновият ефект на Хол води до натрупване на електрони с определен спин по страничните страни на материала. Мотивацията зад това проучване беше, че спиновият ефект на Хол, който е особено силен при материалите, известни като "топологични изолатори", може да доведе до гигантски USMR чрез комбиниране на топологичен изолатор с феромагнитен полупроводник.

По принцип, когато електрони с един и същ спин се натрупват на интерфейса между двата материала, поради спиновия ефект на Хол, завъртанията могат да се инжектират към феромагнитния слой и да обърнат неговото намагнитване, което позволява "операции за запис в паметта", което означава данните в устройствата за съхранение могат да бъдат „пренаписани“. В същото време съпротивлението на композитната структура се променя с посоката на намагнитване поради ефекта USMR. Тъй като съпротивлението може да бъде измерено с помощта на външна верига, това дава възможност за "операции за четене на паметта", при които данните могат да бъдат прочетени, като се използва същия текущ път с операцията за запис. В съществуващата комбинация от материали, използващи конвенционални тежки метали за ефекта на спин Хол, промените в съпротивлението, причинени от ефекта USMR, са изключително ниски - доста под 1% - което възпрепятства развитието на MRAM, използващи този ефект. В допълнение, механизмът на ефекта USMR изглежда варира в зависимост от комбинацията от използван материал и не е ясно кой механизъм може да бъде използван за подобряване на USMR до над 1%.

За да разберат как комбинациите от материали могат да повлияят на ефекта USMR, изследователите са проектирали композитна структура, включваща слой от галиев манганов арсенид (GaMnAs, феромагнитен полупроводник) и бисмутов антимонид (BiSb, топологичен изолатор). Интересното е, че с тази комбинация те успяха да получат гигантско съотношение USMR от 1,1%. По-конкретно, резултатите показаха, че използването на феномени, наречени "разсейване на магнона" и "разсейване на спинови разстройства" във феромагнитни полупроводници, може да доведе до гигантско съотношение USMR, което прави възможно използването на това явление в реални приложения. Д-р Хай уточнява: "Нашето проучване е първото, което демонстрира, че е възможно да се получи USMR съотношение, по-голямо от 1%. Това е с няколко порядъка по-високо от тези, използващи тежки метали за USMR. В допълнение, нашите резултати предоставят нов стратегия за максимизиране на USMR съотношението за практически приложения на устройства. "

Това проучване може да изиграе ключова роля в развитието на спинтрониката. Конвенционалната структура на MRAM изисква около 30 ултратънки слоя, което е много трудно да се направи. Използвайки USMR за операция по разчитане, са необходими само два слоя за клетките на паметта. "По-нататъшното инженерство на материали може допълнително да подобри USMR съотношението, което е от съществено значение за базирани на USMR MRAM с изключително проста структура и бързо отчитане. Нашата демонстрация на USMR съотношение над 1% е важна стъпка към тази цел", заключава д-р Хай.