Ученые из Токийского технологического института (Tokyo Tech) исследуют новую комбинацию материалов, которая создает основу для магнитных запоминающих устройств с произвольным доступом, которые основаны на вращении присущего им свойства электронов и бывают вариации превзойти современные запоминающие устройства. Их прорыв, опубликованный в новом исследовании, описывает новую стратегию использования связанных со спином явлений в топологических материалах, которая может стимулировать несколько достижений в области спиновой электроники. Уже сегодня, это исследование дает дополнительное понимание основного механизма связанных со спином явлений.
Спинтроника. это современная технологическая область, когда «спин» иначе говоря момент импульса электронов играет основную роль в функционировании электронных устройств. Фактически, коллективные спиновые механизмы являются причиной любопытных свойств магнитных материалов, которые широко используются в современной электронике. Исследователи в мире пытаются манипулировать связанными со спином свойствами в определенных материалах по причине множества приложений в устройствах, которые работают над этим явлением, особенно в энергонезависимой памяти. Эти магнитные энергонезависимые запоминающие устройства, называемые MRAM, бывают вариации превзойти современные полупроводниковые запоминающие устройства по мнению энергопотребления и скорости.
Команда исследователей из Tokyo Tech, возглавляемая доц. Проф. Фам Нам Хай недавно опубликовал исследование в Журнал прикладной физики на однонаправленном спин-холловском магнитосопротивлении (USMR), связанном со спином явлении, которое используется для создания ячеек MRAM с чрезвычайно простой структурой. Спиновый эффект Холла приводит к накоплению электронов с определенным спином на боковых сторонах материала. Мотивация этого исследования состояла в таком разрезе, что спиновый эффект Холла, который особенно силен в материалах, известных как «топологические изоляторы», приводит к гигантскому USMR, комбинируя топологический изолятор с ферромагнитным полупроводником.
Главным образом, когда электроны с одинаковым спином накапливаются на границе раздела между двумя материалами, благодаря эффекту спина Холла, спины есть вариант инжектировать в ферромагнитный слой и переворачивать его намагниченность, что позволяет выполнять «операции записи в память», что означает данные в устройствах хранения есть вариант «переписать». Однако сопротивление композитной структуры изменяется отталкиваясь от направления намагниченности благодаря эффекту USMR. Поскольку сопротивление вам больше понравятся измерено с применением внешней цепи, это позволяет выполнять «операции чтения из памяти», когда данные бывают вариации считываться с применением того же пути тока, что и операция записи. Однако в существующей комбинации материалов, когда используются обычные тяжелые металлы для спин-эффекта Холла, изменения сопротивления, вызванные эффектом USMR, чрезвычайно низки, значительно ниже 1%, что препятствует разработке MRAM с применением этого эффекта. Уже сегодня, механизм действия USMR, по-видимому, варьируется исходя из комбинации используемого материала, и неясно, какой механизм используются для повышения USMR до уровня, превышающего 1%.
Чтобы понять, как комбинации материалов конечно влиять на эффект USMR, исследователи разработали композитную структуру, включающую слой арсенида галлия-марганца (GaMnAs, ферромагнитный полупроводник) и антимонида висмута (BiSb, топологический изолятор). Интересно, что с этой комбинацией им удалось получить гигантский коэффициент USMR 1,1%. Например, результаты показали, что использование явлений, называемых «рассеянием магнонов» и «рассеянием спинов» в ферромагнитных полупроводниках, приводит к гигантскому соотношению USMR, что делает возможным использование этого явления в реальных приложениях. Д-р Хай уточняет: «Наше исследование является первым, чтобы продемонстрировать, что всегда получите коэффициент USMR, превышающий 1%. Это намного выше, чем у тех, которые используют тяжелые металлы для USMR. Уже сегодня, наши результаты дают новый стратегия максимизации соотношения USMR для практических применений устройств ".
Это исследование может сыграть ключевую роль в развитии спинтроники. Обычная структура MRAM требует около 30 ультратонких слоев, что очень сложно сделать. С применением USMR для операции считывания, только два слоя необходимы для ячеек памяти. «Дальнейшее проектирование материалов может в большей степени улучшить соотношение USMR, что важно для MRAM на базе USMR с чрезвычайно простой структурой и быстрым считыванием. Наша демонстрация отношения USMR более 1% является важным шагом к достижению этой цели». заключает доктор Хай. ,
