Muisti ferrosähköisestä ja ferromagneettisesta alueista

Perinteiset muistilaitteet ovat haihtuvia, ja nykyiset haihtumattomat käyttävät datan tallentamiseen joko ferromagneettisia tai ferrosähköisiä materiaaleja.

Ferromagneettisissa laitteissa data kirjoitetaan tai tallennetaan kohdistamalla magneettiset momentit, kun taas ferrosähköisissä laitteissa tietojen tallennus perustuu sähköisten dipolien kohdistukseen.

Magneettikenttien luominen ja manipulointi on kuitenkin energiaintensiivistä, ja ferrosähköisissä muistilaitteissa tietojen lukeminen tuhoaa polarisoidun tilan, mikä vaatii muistisolun uudelleenkirjoittamista.

Moniferroiset materiaalit, jotka sisältävät sekä ferrosähköisiä että ferromagneettisia järjestyksiä, tarjoavat lupaavan ratkaisun tehokkaampaan ja monipuolisempaan muistitekniikkaan.

Koboltilla substituoitu BiFeO3 (BiFe0,9Co0,1O3, BFCO) on moniferroinen materiaali, jolla on vahva magnetosähköinen kytkentä, mikä tarkoittaa, että muutokset sähköisessä polarisaatiossa vaikuttavat magnetoitumiseen.

Tuloksena on, että dataa voidaan kirjoittaa sähkökentillä, mikä on energiatehokkaampaa kuin magneettikenttien tuottaminen sekä lukea magneettikentillä, jolloin vältytään tuhoisalta lukuprosessilta.

Moniferroisten muistirakenteiden merkittävänä virstanpylväänä, Tokion teknillisen korkeakoulun professorien Masaki Azuman ja Kei Shigematsun johtama tutkijaryhmä on nyt onnistuneesti kehittänyt nanopisteitä, joissa on yksittäisiä ferroelektrisiä ja ferromagneettisia alueita.

ACS Applied Materials and Interfaces -lehdessä julkaistussa tutkimuksessaan tutkijat käyttivät pulssilaserpinnoitusta moniferroisen BFCO:n kerrostamiseen johtavalle Nb:SrTiO3 -substraatille. BFCO on lupaava vaihtoehto pienen käyttötehon vaativille haihtumattomille magneettisille muistilaitteille, koska sen magnetointisuunta voidaan kääntää sähkökentän avulla.

Tarkastellessaan polarisaatio- ja magnetointisuuntia käyttäen pietsovastevoiman mikroskopiaa ja vastaavasti magneettivoimamikroskopiaa, tutkijat havaitsivat, että nanopisteillä on korreloituja ferrosähköisiä ja ferromagneettisia aluerakenteita.

"Tällainen yhden alueen ferrosähköisyyden ja ferromagnetismin rakenne olisi ihanteellinen alusta BFCO:n tutkimiselle sähkökenttään kirjoittavana magneettisena lukumuistilaitteena, ja monitoimiset aluerakenteet tarjoavat leikkikentän perustutkimukselle", Shigematsu huomauttaa.

Haihtumattomat magneettiset muistipiirit ovat tärkeitä erilaisille elektronisille sovelluksille, koska ne säilyttävät tallennetun datan, vaikka virta katkaistaan.

Yksittäisten ferromagneettisten ja ferroelektristen alueiden ainutlaatuisella koostumuksellaan BFCO 60 nm:n nanopisteet tarjoavat hyvän potentiaalin luoda magneettisia muistirakenteita, jotka vaativat vain vähän sähköä kirjoitus- ja lukutoimintoihin.

Myös uusi katsausartikkeli käsittelee uusimpia muistitekniikan kehityssuuntia.

Aiheesta aiemmin:

Magneettisuus kääntyy sähkökentällä