Controlul electric al proprietăților magnetice deschide calea pentru memorii spintronice de generație viitoare
O echipă de cercetători a reușit să modifice configurația spinilor într-un material ferimagnetic folosind doar impulsuri de curent, fără a schimba compoziția sau grosimea aliajului. Rezultatele, publicate în revista Advanced Functional Materials, arată o scădere a temperaturii de compensare cu până la aproximativ 110 K.
Cercetarea a fost condusă de profesorul Jung-Il Hong de la Departamentul de Fizică și Chimie al DGIST. Echipa a demonstrat că proprietățile magnetice pot fi ajustate prin semnale pur electrice, ceea ce deschide perspective pentru dispozitive de memorie spintronică de înaltă densitate și viteză.
Ferimagneții și temperatura de compensare
Ferimagneții sunt materiale în care două tipuri de magnetizare coexistă în direcții opuse. Pe măsură ce temperatura se schimbă, magnitudinea celor două magnetizări variază, iar la o anumită temperatură ele se anulează reciproc. Aceasta este cunoscută drept temperatura de compensare.
În apropierea acestei temperaturi, magnetizarea poate fi controlată rapid și eficient, ceea ce face proprietatea importantă pentru dezvoltarea dispozitivelor de memorie rapide și de mare densitate.
Controlul electric al stărilor de spin
În mod tradițional, modificarea temperaturii de compensare necesita schimbarea compoziției aliajului, a grosimii filmului subțire sau aplicarea unor procese suplimentare precum tratamentul termic sau implantarea ionică. Aceste abordări îngreunează modificarea proprietăților magnetice în locuri specifice după fabricarea dispozitivului și pot altera structura sau compoziția materialului în timpul procesării.
Echipa de cercetare a folosit cuplul spin-orbită, generat prin trecerea unui curent electric printr-un film subțire multistrat compus din platină (Pt), iridiu-mangan (IrMn₃) și cobalt-gadoliniu (CoGd). Curentul modifică configurația de spin a IrMn₃, care la rândul său afectează starea de spin a CoGd adiacent și schimbă temperatura sa de compensare. Astfel, cercetătorii au modificat proprietățile magnetice controlând electric doar configurația internă de spin, lăsând compoziția neschimbată.
Modificări de temperatură sub acțiunea curentului
Rezultatele experimentale au arătat că temperatura de compensare a filmului subțire Co₀.₅Gd₀.₅ a scăzut cu aproximativ 70 K, de la circa 350–360 K la aproximativ 280–290 K după aplicarea curentului. În filmul subțire Co₀.₆₈Gd₀.₃₂, temperatura de compensare a scăzut de asemenea de la aproximativ 170–180 K la 60–70 K, reprezentând o variație de până la aproximativ 110 K.
Echipa a confirmat că proprietățile magnetice pot fi controlate cu precizie doar prin ajustarea intensității și duratei impulsurilor de curent.
Proprietăți de memorie specifice locației
„Acest studiu demonstrează că proprietățile magnetice ale unui material pot varia semnificativ nu doar în funcție de tipurile și aranjamentul spațial al atomilor săi, ci și de configurația spinilor săi interni”, a declarat profesorul Jung-Il Hong. „Deoarece temperatura de compensare a ferimagneților poate fi controlată prin ajustarea intensității și duratei impulsurilor de curent, această abordare are un potențial semnificativ pentru tehnologiile de memorie spin de generație viitoare, în care pot fi create proprietăți magnetice diferite în locuri specifice.”
