Сверхэнергоэффективная магнитная память, управляемая формами атомов

Исследовательская группа, возглавляемая Университетом Осаки, открыла новый принцип реализации сверхэнергоэффективной магнитной памяти с помощью электрического управления формой атомов.

Энергонезависимая магнитная память с использованием магнитов нанометрового размера, MRAM (магниторезистивная память произвольного доступа), требует перемагничивания путем приложения напряжения. Таким образом, предпочтительной является сверхэнергоэффективная регенерация намагничивания в пределах наносекунд. Тем не менее, добротность текущей технологии - магнитной анизотропии, управляемой напряжением (VCMA), - была меньше одной десятой уровня, необходимого для применения. Поэтому важно было разработать эффективные методы VCMA с использованием новых материалов.

Доцент Синдзи Мива (Shinji Miwa) из Университета Осаки, д-р Мотохиро Судзуки (Motohiro Suzuki) из Японского исследовательского института синхротронного излучения, ассистент профессора Масахито Цуджикава (Masahito Tsujikawa) из Университета Тохоку и др. сформировали платиновый одноатомный слой, помещенный на ферромагнитное железо (система FePt | MgO), который управлялся на атомном уровне.

Поскольку существует корреляция между спин-орбитальным взаимодействием и VCMA, эта группа фокусировалась на FePt | MgO, который содержит платину с большим спин-орбитальным взаимодействием. Используя FePt | MgO, группа провела эксперименты, чтобы изучить VCMA в рентгеновских пучках в установке синхротронного излучения SPring-8.

Из этих экспериментов и теоретических расчетов ученые обнаружили, что система FePt | MgO, которая продемонстрировала VCMA 140 фДж/В*м, имела два разных механизма и потенциально обладала огромным VCMA за пределами 1000 фДж/В*м.

Эта группа наблюдала изменения магнитного дипольного члена в зависимости от напряжения в эксперименте на SPring-8. Из теоретических расчетов было обнаружено, что в системе FePt | MgO VCMA от традиционно известного Механизма A (орбитальный магнитный момент индукции) и недавно обнаруженного Механизма B (магнитный дипольный член индукции) частично исключали друг друга, в результате чего VCMA составляла 140 фДж/В*м.

Использование достижений этой группы при разработке материалов позволит получить VCMA в 10 раз больше, чем у существующих материалов, что может привести к энергосберегающей энергонезависимой памяти с низким тепловыделением.

Изображение трансмиссионной электронной микроскопии. Был подготовлен наномасштабный магнит FePt, который управлялся атомами (справа). К образцу было приложено внешние напряжения и проведен эксперимент по синхротронному рентгеновскому поглощению