HKUST și Tsinghua dezvăluie întrerupător electric de 180 de grade

O echipă de cercetare în colaborare condusă de Universitatea de Știință și Tehnologie din Hong Kong (HKUST) și Universitatea Tsinghua a propus teoretic și a realizat experimental un nou mecanism de comutare electrică de 180° a vectorului Néel în materiale antiferomagnetice cu o structură de bandă divizată în spin caracterizată de C. -blocarea valei de rotație cuplată, numită și magnetizare alternativă. Echipa a demonstrat, de asemenea, capacitatea materialului de a interacționa cu transportorul Néel, deschizând calea pentru fabricarea dispozitivelor de memorie ultra-rapide.

Spintronica antiferomagnetică a trezit un interes larg datorită potențialului său enorm de a crea memorie antiferomagnetică ultra-densă, ultra-rapidă, potrivită pentru tehnologiile informaționale moderne de înaltă performanță. Comutarea electrică la 180° a vectorului Néel este un obiectiv pe termen lung de a produce o memorie antimagnetică controlabilă electric folosind vectorii Néel opuși ca binari „0” și „1”. Cu toate acestea, mecanismele de comutare antiferomagnetice de ultimă generație au fost de mult timp limitate la comutarea la 90° sau 120° a vectorului Néel, care necesită inevitabil mai multe canale de scriere care intră în conflict cu integrarea superdensă. Studiul comutării electrice la 180° a vectorului Néel face ca magnetul anti-spin să fie un nou candidat potențial pentru memorie ultrarapidă.

Mai exact, într-un antiferomagnet cu o singură linie, vectorul Néel n are două stări stabile n_+ și n_- cu bariere energetice identice. Pentru a renunța la asimetria barierelor energetice, echipa condusă de profesorul LIU Junwei, profesor asociat la Departamentul de Fizică de la Universitatea de Știință și Tehnologie din Hong Kong, a propus exercitarea unui câmp magnetic extern pentru a interacționa cu cuplul mic generat de DMI. Apoi, cuplul de amortizare orbital [2] Ele pot fi utilizate pentru a conduce vectorul Néel n pentru a traversa bariera de la n_+ la n_-, dar nu pot traversa bariera corespunzătoare (Figura 1a). După cum se arată în Figura 1b, simularea modelului de spin atomic arată că n poate fi convertit determinist în starea n_+ sau n_- în 0,1 ns. Prin încorporarea unor curburi Berry non-zero peste benzile de spin divizate ale modelului de legare strânsă, conductivitățile Hall anomale arată o sensibilitate ridicată la aceste două stări n_+ și n_-, așa cum se arată în Figura 1c.

În experimentele conduse de profesorul Pan Feng și profesorul Song Cheng, de la Școala de Știință și Inginerie a Materialelor de la Universitatea Tsinghua, performanța ciclică bună a peliculei subțiri antiferomagnetice Mn5Si3 este prezentată în Figura 1d, ceea ce înseamnă 180° condus de curent. Comutarea autobuzului lui Néel este robustă și durabilă.

De fapt, echipa a prezentat o nouă teorie numită C-coupled spin valley locking (SVL) în urmă cu câțiva ani în revista științifică Nature Communications, sugerând o nouă modalitate de a induce magnetizarea în antiferomagneți și punând bazele comutatorului Néel. Vector. În comparație cu materialele SVL cuplate în T convenționale, materialele SVL cuplate în C generează benzi de scindare a spinului prin cuplarea puternică de schimb între electronii rătăcitori și momentele magnetice locale în loc de SOC. În plus, văile de scindare a spinului sunt cuplate cu direcții opuse de spin prin menținerea simetriei cristalului, mai degrabă decât a simetriei inversate în timp, așa cum se arată în Figura 2. În practică, un curent de deformare/sarcină poate fi exercitat pentru a rupe sau influența ușor simetria cristalului și, astfel, inducând un curent net de magnetizare/spin neliniar.

Pe baza studiului teoretic și experimental al comutării electrice și a citirilor la 180° ale vectorului Néel în Mn5Si3, sunt disponibile dispozitive de memorie AFM controlabile electric, cu eficiență ridicată și reproductibilitate ridicată. Această lucrare fundamentală a realizat conversia informațiilor între gradele de libertate de sarcină și spin în antiferomagneți, deschizând calea pentru dezvoltarea rapidă a spintronicii în industria electronică. Cu aplicația sa potențială ca dispozitiv de stocare, cum ar fi într-un hard disk de computer, materialul oferă beneficii notabile, inclusiv viteze îmbunătățite de citire și scriere, precum și densitate crescută de stocare.

În viitor, profesorul Liu speră că echipa va explora mai multe mecanisme de comutare și fizică de bază și va încerca să găsească platforme fizice mai potrivite, cu o eficiență mai mare.

Studiul a fost publicat recent în revista științifică Avansarea științeiAutorii corespondenți sunt profesorul Pan Feng și profesorul Song Qing de la Universitatea Tsinghua și profesorul Liu Junwei de la Universitatea de Știință și Tehnologie din Hong Kong, iar primii autori sunt studenții absolvenți Han Li și Fu Shijie de la Universitatea Tsinghua și Universitatea de Știință din Hong Kong și Tehnologia respectiv.