Достигнуто 20-кратное увеличение эффекта, применяемого в спинтронике

В спинтронике магнитные и электрические поля используются для переключения между двумя состояниями спинов электронов, что позволяет кодировать в последних двоичную информацию. Одна из магистральных задач в этой области — уменьшение размеров спинтронных устройств при обеспечении долгосрочного хранения информации (10 и более лет). Для того чтобы достичь этого, регистрирующая среда должна обладать высокими значениями перпендикулярной магнитной анизотропии (PMA).

Физики из Гренобльского университета (Франция) и Национальной Берклиевской Лаборатории (США) в недавнем номере Nano Letters сообщили о полученном ими гигантском PMA-эффекте. Они продемонстрировали, численно и экспериментально, что покрытие графеном кобальтовой пленки, выращенной на иридиевой подложке, увеличивает её перпендикулярную анизотропию вдвое. Это в 20 раз превышает PMA традиционных металлических структур из слоёв кобальта и платины.

В своей статье они также объяснили, что наблюдаемое усиление PMA происходит на атомном уровне, где графен воздействует на энергию различных электронных орбиталей кобальта. Это, в свою очередь, изменяет направление некоторых компонентов общего магнитного поля кобальтовой пленки с параллельного плоскости на перпендикулярное.

Новая гетероструктура имеет ещё одно преимущество по сравнению с другими материалами с высокой PMA — такую пленку можно сделать значительно толще. Обычно, если количество слоев составляет больше пяти, перпендикулярная намагниченность спонтанно переориентируется параллельно плоскости, но в описываемых экспериментах перпендикулярная ориентация сохранялась даже при 13 слоях. Толщина графен-кобальтовой пленки при этом могла достигать беспрецедентного значения в 25 ангстрем.

Авторы надеются, что эти результаты сделают графен-кобальтовые гетероструктуры потенциальными кандидатами на применение в будущих спинтронных устройствах, таких как высокоплотная память и теплоустойчивые логические вентили. Они также планируют продолжить исследование других вертикальных и латеральных комбинаций материалов с высокой PMA и слабым спин-орбитальным взаимодействием, включая магнитные туннельные переходы.