Ultradunne racetrack-geheugenapparaten werken nu zonder isolerende bufferlagen

Uit een nieuwe studie blijkt dat isolerende bufferlagen niet langer nodig zijn voor ultradunne magnetische racebaanapparaten, waardoor nieuwe wegen worden ontsloten voor naadloze integratie met functionele substraten.

Moderne computerapparatuur is afhankelijk van geheugentechnologieën die niet alleen energie verbruiken, maar ook fysiek gescheiden zijn van de verwerkingseenheden, wat leidt tot inefficiëntie in snelheid en kracht. Een veelbelovend alternatief ligt in de spintronica, met name in het racetrackgeheugen (RTM), waarbij gegevens worden opgeslagen in de vorm van verplaatsbare magnetische domeinwanden (DW’s) langs nanodraadachtige ‘sporen’. Deze apparaten zijn niet-vluchtig, energiezuinig en kunnen mogelijk geheugen en logica op één chip verenigen.

Om de ontwerpflexibiliteit en het integratiepotentieel van dergelijke apparaten uit te breiden, hebben onderzoekers het gebruik van vrijstaande membranen onderzocht: dunne films die van hun oorspronkelijke substraten worden getild en overgebracht naar ontvangende oppervlakken, inclusief patroonbases met 3D-structuren.

Dit proces vereist echter meestal een bufferlaag, zoals magnesiumoxide (MgO), om de groei van de magnetische laag van hoge kwaliteit te ondersteunen. Hoewel de buffer nuttig is tijdens de fabricage, fungeert hij als een isolerende barrière in het uiteindelijke apparaat, waardoor elektrische of magnetische interactie met de onderliggende transferbases wordt voorkomen.

In een onlangs verschenen artikel in Geavanceerde materialenhebben wetenschappers van het Max Planck Institute of Microstructure Physics aangetoond dat deze bufferlaag niet langer nodig is.

In hun nieuwe onderzoek tonen ze aan dat een opofferingsoxidelaag – Sr₃Al₂O₆ (SAO) – direct de groei van krachtige magnetische meerlagen (Pt/Co/Ni/Co) kan ondersteunen, waardoor de fabricage van vrijstaande racebaangeheugenapparaten zonder enige bufferlaag mogelijk wordt. Opmerkelijk is dat deze buffervrije membranen een betere DW-mobiliteit vertonen dan hun gebufferde tegenhangers, ondanks dat ze minder dan 4 nm dik zijn.

Het team ging nog een stap verder en bracht deze membranen over op Pt-onderlagen met een vooraf patroon, wat aantoonde dat de DW-dynamiek lokaal kon worden ontwikkeld – een sleutelmogelijkheid voor toekomstige op racecircuits gebaseerde logica en geheugenarchitecturen.

De studie bevestigt ook de opmerkelijke robuustheid van deze ultradunne racebanen. Apparaten behouden hun prestaties na herhaaldelijk mechanisch buigen, langdurige blootstelling aan de omgevingslucht, thermisch uitgloeien en elektrische spanning. Het onderzoek verdiept niet alleen het begrip van interface-engineering in vrijstaande magnetische films, maar opent ook een weg naar verticale of laterale koppeling met functionele substraten. Dit bevordert de visie van sterk geïntegreerde spintronische apparaten met hoge dichtheid.