Antiferromagneettisuutta spintroniikkaan ja muisteihin

Kalifornian Riverside yliopiston vetämä tutkimus osoittaa vahvan spinin kuljetuksen antiferromagneetin ja ferromagneetin rajapinnoissa.

Antiferromagneettien nettomagnetisaatio on nolla eivätkä ne ole herkkiä ulkoisille magneettikentille. Antiferromagneettisilla spintronisilla laitteilla on siten suuri lupaus luoda tulevaisuuden erittäin nopeita ja energiatehokkaita informaation tallennus-, käsittely- ja siirtoalustoja, mikä saattaa johtaa nopeampiin ja energiatehokkaampiin tietokoneisiin.

Mutta ollakseen hyödyllisiä käytännön sovelluksissa, laitteiden on kyettävä toimimaan huoneenlämmössä. Yksi tärkeimmistä ainesosista antiferromagneettisen spintroniikan toteuttamisessa on spinvirran injektoiminen antiferromagneettiseen rajapintaan. Aiemmin sellainen onnistui vain kryogeenisissa lämpötiloissa.

Riversiden Igor Barsukovin johtama tiimi kansainvälisinen tutkijakollegoiden kanssa on nyt osoittanut tehokkaan spinin siirron antiferromagneetissa/ferromagneetissa hybridissä, joka pysyy toimivana huoneenlämpötilaan asti.

Tutkijat havaitsivat magnonisten alajärjestelmien kytkeytymistä antiferromagneetissa ja ferromagneetissa ja tunnustivat sen merkityksen spin-kuljetuksessa, joka on keskeinen prosessi spin-pohjaisten laitteiden toiminnassa.

"Tuloksemme yhdistävät ferromagneettisten metallien spin-orbitroniset ilmiöt antiferromagneettisten spintroniikan kanssa ja osoittavat merkittävää edistystä kohti huoneenlämpöisten antiferromagneettisten spintroniikkalaitteiden toteuttamista", iloitsee Barsukov.

Cornellin yliopiston tutkijat ovat puolestaan tunnistaneet mekanismin, jota kutsutaan "momentista riippuvaiseksi spinin splittingiksi". Ilmiö on ainutlaatuinen tietyn luokan antiferromagneeteille.

"On oletettu pitkään, että antiferromagneeteissa spinit ylös- ja alaspäin elektroneissa käyttäytyvät aina samalla tavalla. Tämä materiaaliluokka on todella jotain uutta”, toteaa professori Dan Ralph. "Spin up ja spin down elektronisilla tiloilla on olennaisesti erilaisia riippuvuuksia."

Tämä mekanismi oli oletettu, mutta ei koskaan aiemmin dokumentoitu. Kun antiferromagneetin kiderakenne on suunnattu asianmukaisesti laitteissa, mekanismi mahdollistaa spinvirran kallistamisen kulmaan, joka voi mahdollistaa tehokkaamman magneettisen vaihdon kuin muut spin-kiertorata vuorovaikutukset.

Nyt Ralphin tiimi toivoo löytävänsä tapoja tehdä antiferromagneetteja, joissa he voivat ohjata domeenin rakennetta ja tutkia jokaista aluetta erikseen.

Lopulta tutkijoiden lähestymistapa voisi johtaa edistykseen teknologioissa, jotka sisältävät magneettisen satunnaismuistin.

Aiheesta aiemmin:

Tehokkaampaa spinien hyödyntämistä

Antiferromagneettinen läpimurto