Kohti antiferromagneettisia muisteja

Mikroskooppisilla magneettimomenteilla antiferromagneeteissa on pohjois- ja etelänapa vuorotellen, toisin kuin ferromagneeteissa.

Tulevaisuuden antiferromagneetteihin perustuva tietokoneteknologia etenee. Eristävät antiferromagneetit, kuten rautaoksidi ja nikkelioksidi, koostuvat mikroskooppisista magneeteista, joiden suuntaukset ovat päinvastaisia. Tutkijat näkevät ne lupaavina materiaaleina korvaamaan nykyiset piikomponentit tietokoneissa.

Johannes Gutenbergin yliopiston Mainzin (JGU) fyysikot ovat yhdessä Japanin Sendain Tohoku-yliopiston, synkrotronilähde BESSY-II Helmholtz-Zentrum Berliinissä (HZB) sekä Diamond Light Source, Ison-Britannian kansallisen synkrotronin tutkijoiden kanssa ovat osoittaneet, kuinka bittejä voidaan kirjoittaa ja lukea sähköisesti eristävissä antiferromagneettisissa materiaaleissa.

Korreloimalla synkrotronipohjaisella kuvantamisella havaittu magneettisen rakenteen muutoksia JGU:ssa suoritettuihin sähköisiin mittauksiin oli mahdollista tunnistaa kirjoitusmekanismit. Tämä löytö avaa tien sovelluksiin, jotka ulottuvat erittäin nopeasta logiikasta luottokortteihin, joita ulkoiset magneettikentät eivät voi poistaa, johtuen antiferromagneettien ylivoimaisista ominaisuuksista ferromagneetteihin verrattuna.

Antiferromagneettiset materiaalit mahdollistavat muistielementeille paljon nopeammat ja suuremmat tallennuskapasiteetit kuin mitä nykyään on saatavissa tavanomaisella elektroniikalla. Näitä materiaaleja on kuitenkin erittäin vaikea hallita ja havaita, mikä tekee vastaavien piirirakenteiden kirjoittamisen ja lukemisen haastaviksi.

Louis Néel kuvasi 1970-luvun Nobel palkintopuheessaan antiferromagneettisia materiaaleja mielenkiintoisina, mutta hyödyttöminä. Uskottiin, että näitä materiaaleja voidaan manipuloida vain erittäin voimakkaiden magneettikenttien avulla, jotka edellyttävät esimerkiksi suprajohtavien magneettien käyttöä.

Tilanne on muuttunut dramaattisesti viime vuosina. Raporttien mukaan on mahdollista kontrolloida antiferromagneettisia materiaaleja, mukaan lukien jopa eristeitä, tehokkaasti sähkövirroilla. Tälläkin kertaa oli kyseessä kansainvälinen yhteistyö, jossa tutkitaan spintroniikan ja antiferromagneettien etuja perinteiseen elektroniikkaan nähden.

"Tiedämme, että saavutamme pian tavanomaiseen piipohjaiseen elektroniikkaan liittyvät rajoitukset jatkuvan teknologisen parantamisen takia ja siksi tavoitteeksi otetaan spinin vapausasteen hyödyntäminen.

"Tutkimuksemme osoittaa, että antiferromagneettisia eristemateriaaleja voidaan kirjoittaa tehokkaasti ja lukea sähköisesti, mikä on avainaskel sovellusten kannalta," toteavat tutkijat.

"Vaikka työmme keskittyi vain yhteen tiettyyn järjestelmään, sitä voidaan pitää periaatetodisteena antiferromagneettisten eristeiden perheelle. Toivomme, että projektin aikana saavutettu antiferromagneettisen dynamiikan syvä ymmärtäminen ajaa eteenpäin jännittävää antiferromagneettisen spintroniikan kenttää ja on lähtökohta ryhmämme uusille yhteishankkeille."

Aiheesta aiemmin:

Ruosteesta nopeampia mikropiirejä

Vauhtia käytännön spintroniikalle

Uusi muistikonsepti

Antimagneettinen muisti