Spintronisia kytkentöjä muistitekniikoille

Kaksi vuotta sitten, kansainvälinen tutkijaryhmä osoitti, että manipuloimalla elektronin spiniä kvanttimagneettisessa tunnelointiliitoksessa he saattoivat aiheuttaa melkoista lisäystä liitoksen kapasitanssissa.

Nyt tämä sama tutkijaryhmä Brownin yliopistossa on jopa kääntänyt ilmiön, joka tunnetaan magnetokapasitanssina. He osoittavat, että eri materiaaleista kootussa kvanttitason tunnelointiliitoksessa he pystyivät muuttamaan kapasitanssia manipuloimalla spiniä normaalista päinvastaiseen suuntaan.

Tämä käänteinen vaikutus tuo yhden mahdollisen käyttökelpoisen ilmiön spintroniikan työkalupakettiin. Se antaa meille lisää parametriavaruutta suunnitella laitteita. Magnetokapasitanssi voi olla erityisen hyödyllinen esimerkiksi magneettisissa antureissa erilaisia spintronisia laitteita varten, kuten tietokoneen kiintolevyt ja seuraavan sukupolven RAM-muistipiirit, toteavat tutkijat yliopistonsa tiedotteessa.

Tutkijaryhmää vetänyt Gang Xiao on tutkinut magneettisia tunnelointiliitoksia useita vuosia. Nämä pienet liitokset voivat toimia samaan tapaan kuin kondensaattorit vakiopiireissä. Se mikä tekee tunnelointiliitoksista erityisen mielenkiintoisia, on että kapasitanssin määrää voidaan muuttaa dynaamisesti manipuloimalla elektronien spiniä kahden metallisen elektrodin sisällä.

Elektrodit ovat magneettisia ja niiden sähköiset ominaisuudet ovat peilikuvia toisistaan, minkä vuoksi saatoimme havaita tämän käänteisen magnetokapasitanssin ilmiön, toteavat tutkijat.

Ranskalais-venäläinen tutkijaryhmä on puolestaan kehittänyt magnetosähköisen hajasaantimuistin (MELRAM) solun, jolla on potentiaalia muistien tehonkäytön parantamiseksi.

Viime vuosina on tutkittu paljon magnetosähköistä vaikutusta. Tämä vaikutus on usein myös spintroniikan kiinnostuksen kohteena.

Tutkijoiden MELRAM-muistisolun ydintoiminta perustuu kahden mekaanisesti kytketyn magneettisen seoksen ominaisuuksiin. Yhdessä ne muodostavat magnetoelastisen nanokomposiittimateriaalin jonka magneettinen spin reagoi mekaaniseen rasitukseen.

Nämä sijoitetaan sitten pietsosähköiselle alustalle. Kokonaisuutena ne muodostavat multiferroisen heterorakenteen jossa magneettisten ominaisuuksien ohjaus tapahtuu jännitteellä eikä niinkään virralla, mikä mahdollistaa pienen tehonkulutuksen.