Ученые Дальневосточного федерального университета (ДВФУ) совместно с коллегами из Университета Кореи (Республика Корея) и Университета Сорбонны (Франция) исследуют граничное взаимодействие Дзялошинского-Мория — нетривиальный физический эффект, возникающий в многослойных металлических нанопленках. Исследователи подбирают оптимальное сочетание и толщину материалов, чтобы управлять намагниченностью системы. Так можно создать сверхъемкие, сверхбыстрые и энергоэффективные устройства памяти нового поколения, действующие на новых физических принципах. Статья об этом опубликована в Nature Communications.
Взаимодействие Дзялошинского-Мория возникает на границах слоев пленочных наноструктур из тяжелого металла и магнитного материала. Управляя этим эффектом, ученые хотят контролировать локальную намагниченность в нанопленках, тем самым создавая нетривиальные спиновые текстуры — скирмионы — размером менее 100 нм. Скирмионы обладают топологической устойчивостью к внешним воздействиям, что позволяет их использовать в качестве мобильных носителей информации. Такой носитель может переносить один бит — «0» или «1» в зависимости от его полярности — направления спинов электронов, образующих скирмион. Используя импульсный ток, можно управлять движением скирмионов и переключать их полярность. Такой подход позволяет кратно снизить выделение тепла и энергопотребление в разрабатываемых устройствах памяти, которые будут работать на новых физических принципах, основанных на квантовом эффекте — спин-орбитальном взаимодействии.
В новом исследовании ученые представилиы результаты исследования нанопленочной структуры, где диэлектрик из оксида магния (MgO) помещен между слоем платины (Pt) и сплавом из кобальта-железа-кремния-бора (CoFeSiB). Особое внимание исследователи уделили роли слоя из оксида магния, который, как оказалось, способствует косвенному обмену спинами электронов между тяжелым металлом и ферромагнетиком. Тем самым он выполняет функцию проводника, будучи изначально диэлектриком.
«Мы показали, что слой оксида магния, разделяя слои тяжелого металла и ферромагнетика, выступает в роли медиатора косвенного обмена между этими слоями. При этом взаимодействие Дзялошинского-Мория не прекращается при увеличении толщины слоя диэлектрика. Более того, им можно управлять, варьируя толщину слоя оксида магния. Спины электронов тяжелого металла могут туннелировать через непроводящую прослойку и передавать взаимодействие атомам ферромагнитного слоя, тем самым влияя на конфигурацию магнитных моментов. Этот эффект похож на взаимодействие Рудермана-Киттеля-Касуи-Иосиды — косвенное магнитное взаимодействие между магнитными ионами, осуществляемое через коллективизированные электроны проводимости. Контролируя толщину слоя-переключателя из оксида магния, мы в перспективе можем получить «инженерный» ключ к проблеме создания устройств памяти и логики, действующих на спин-электронных принципах, равно как и реализовать нейроморфные чипы, имитирующие работу нейронов человеческого мозга», — рассказал один из авторов идеи, доктор физико-математических наук, проректор ДВФУ по научной работе Александр Самардак.
Ученый сообщил, что создание систем на основе тяжелого металла и ферромагнетика, разделенных ультратонким слоем диэлектрика, позволяет коренным образом изменять электронные и магнитные свойства материалов. В результате возникают эффекты, не наблюдаемые в природе — например, необычные магнитные состояния, такие как скирмионы, мероны и скирмиониумы, которые и будут играть роль носителей информации в новом поколении памяти.
На следующем этапе ученые планируют создавать системы на основе ферримагнетиков — магнитных веществ, обладающих намагниченностью, сравнимой с ферромагнетиками, но при этом проявляющих динамические характеристики, схожие с антиферромагнетиками. Использование таких материалов в комбинации с тяжелыми металлами позволит достичь суб-терагерцовых частот при возбуждении магнитных моментов, тем самым открывая путь к сверхбыстрому переключению битов информации.
При поддержке программы мегагрантов национального проекта «Наука» ДВФУ и Киотский университет формируют лабораторию спин-орбитроники мирового уровня. В ней уже сейчас разрабатывают научные и технологические основы нового поколения умной электроники для высокопроизводительных энергоэффективных вычислений и телекоммуникаций. На базе лаборатории планируют реализовать полный технологический цикл: от научно-исследовательских работ до испытаний и, возможно, опытного производства экспериментальных образцов трековой памяти и логических элементов для нового поколения электроники.
Источник: Пресс-служба ДВФУ
Сервис «Комментарии» - это возможность для всех наших читателей дополнить опубликованный на сайте материал фактами или выразить свое мнение по затрагиваемой материалом теме.
Редакция Информио.ру оставляет за собой право удалить комментарий пользователя без предупреждения и объяснения причин. Однако этого, скорее всего, не произойдет, если Вы будете придерживаться следующих правил:
Претензии к качеству материалов, заголовкам, работе журналистов и СМИ в целом присылайте на адрес
Информация доступна только для зарегистрированных пользователей.
Уважаемые коллеги. Убедительная просьба быть внимательнее при оформлении заявки. На основании заполненной формы оформляется электронное свидетельство. В случае неверно указанных данных организация ответственности не несёт.