Spintronic -apparaten: schakelen van magnetische geheugenbits met Magnons

Magnetisatiebeschakeld blijft een van de centrale toepassingen van spintronic -apparaten.

“Handige apparaten, zoals magnetisch geheugen of logische circuits, vereisen de mogelijkheid om individuele magnetische bits te wisselen zonder aangrenzende bits te storen”, legt Mehrdad Elyasi, een lid van AIMR uit. “Dit betekent dat technologisch relevante oplossingen geen globale magnetische velden of krachtige stroominputs mogen vereisen om gelokaliseerde deterministische omschakeling te bereiken.”

Daartoe maakt een veelbelovende benadering gebruik van quasipartikelen die magnons worden genoemd-golvende magnetische storingen die in principe lokaal kunnen worden beperkt, geleid of zelfs gegenereerd, met name met behulp van nanostructuren met een patroon of gepulseerde excitaties.

Recent werk aan materialen met loodrechte magnetische anisotropie (PMA)-iDeal voor geheugen met hoge dichtheid-verwees echter dat Magnons alleen magnetisatie konden schakelen in aanwezigheid van een extern magnetisch veld.

Om dit te overwinnen, hadden onderzoekers een manier nodig om een ​​gecontroleerde, uit-vlak spin-gepolariseerde magnonstromen sterk genoeg te produceren om PMA-materialen deterministisch te schakelen-zonder te vertrouwen op externe velden.

In Een artikel uit 2024 gepubliceerd in NatuurnanotechnologieElyasi en collega’s hebben deze uitdaging aangepakt door de kristallen symmetrie en spin-cantingshoek van WTE te benutten₂ Om het gewenste magnonopoppel in een WTE te genereren₂/Nio/cofeb heterostructuur¹. Het team gebruikte de lage symmetrie van WTE₂ om spin-gepolariseerde elektronen te produceren met zowel componenten in het vlak als buiten het vlak, die werden geïnjecteerd in de aangrenzende NIO-laag. De NIO-antiferromagnetische isolator heeft vervolgens de spinstroom omgezet in magnonstromen, waardoor hun oorspronkelijke polarisatierichting werd behouden-een lichte uit-vlakke canterende hoek van ongeveer 8,5 °.

“De kanteling buiten het vlak, bewaard gebleven door de optimale Nio-dikte van 25 nanometers, is het cruciale kenmerk dat het anti-dempings magnonkoppel biedt dat vereist is voor deterministische schakeling van de CofEB Ferromagnet’s loodrechte magnetisatie zonder externe magnetische veld,” zegt ELYASI. “Bovendien helpt de NIO -laag, door als een isolerende spacer te fungeren, om de thermische stabiliteitsproblemen aan te pakken door de impact van Joule -verwarming op de CofEB -laag te verminderen – een belangrijke uitdaging naarmate magnetische elementen neerschieten.”

Naast het demonstreren van veldvrije schakeling van loodrechte magnetisatie bij kamertemperatuur met een kritieke stroomdichtheid zo laag als 4 x 10⁶ A/cm², toonden de auteurs verder aan dat de introductie van een PTTE2-laag de geleidbaarheid in het vlak verhoogt, terwijl het buitenlandse spin-spin-cantering wordt behouden-het stroomverbruik door een factor 190 in vergelijking met eerdere systemen.

Deze resultaten suggereren dat het benutten van kristallen symmetrie en spin-cantering vergezeld van magnontransport robuuste, energiezuinige schakelaar mogelijk maakt. Het werk biedt een blauwdruk voor toekomstige low-power spintronic geheugenapparaten op basis van magnonstromen.

Als volgende stap zijn de onderzoekers van plan te onderzoeken hoe niet -lineaire interacties tussen magnons verder kunnen bijdragen aan spinhoekmomentumoverdracht van NIO naar de magnetische laag.