La conmutación de magnetización inducida por el par de giro en órbita SOT es un ingrediente importante para los dispositivos magnéticos no volátiles modernos, como las memorias magnéticas de acceso aleatorio y los dispositivos lógicos necesarios para el almacenamiento de datos de alto rendimiento y la informática. Como tal, los investigadoresEn todo el mundo están buscando formas novedosas de reducir la alta densidad de corriente de conmutación actual para lograr una conmutación de magnetización impulsada por SOT altamente eficiente. Investigadores de la Universidad Nacional de Singapur NUS han logrado recientemente un avance significativo en este campo de investigación.
Dirigido por el Profesor Asociado Yang Hyunsoo del Departamento de Ingeniería Eléctrica e Informática, el equipo de investigación de NUS, por primera vez, demostró con éxito la conmutación de magnetización a temperatura ambiente impulsada por SOT gigantes en aislante topológico / ferromagnet convencional Bi 2 Se 3 / NiFe heteroestructuras con una densidad de corriente extremadamente baja, que puede abordar el problema de la escalabilidad y el alto consumo de energía necesarios en los dispositivos espintrónicos modernos.
El hallazgo del estudio fue publicado en la revista científica Comunicaciones de la naturaleza el 8 de noviembre de 2017.
El Profesor Assoc Yang dijo: "Nuestros hallazgos pueden resolver el obstáculo fundamental de una corriente de conmutación alta en las aplicaciones actuales de SOT basadas en metales pesados, y este es un gran paso hacia las aplicaciones de dispositivos espintrónicos basados en aisladores topológicos a temperatura ambiente con disipación de potencia ultrabaja y alta integracióndensidad. Creemos que nuestro trabajo vigorizará en gran medida las actividades de investigación global basadas en aisladores topológicos de diversas disciplinas ".
Empleo de nueva materia cuántica: aislantes topológicos
Los aisladores topológicos son materiales electrónicos que tienen un espacio de banda masivo como un aislante ordinario, pero que aún admiten estados conductores en su superficie, que poseen un fuerte acoplamiento de órbita de giro y estados de superficie topológica TSS con bloqueo de momento de giro, en los que elel impulso de electrones y las direcciones de polarización de giro están fuertemente bloqueadas.
"Debido a las propiedades de bloqueo del momento de giro, a medida que la corriente de carga fluye en el TSS, todos los giros de electrones estarán totalmente polarizados en una dirección perpendicular a la dirección del electrón en movimiento. Por lo tanto, una generación de corriente de giro muy alta y, por lo tanto,se espera una eficiencia SOT gigante en los aisladores topológicos ", explicó el Dr. Zhu Dapeng, coautor del estudio y miembro investigador del Departamento.
Aprovechar el TSS es crucial para realizar dispositivos SOT basados en aisladores topológicos de alto rendimiento. Sin embargo, en aisladores topológicos típicos como Bi 2 Se 3 , los estados voluminosos parásitos y el gas electrónico bidimensional pueden contaminar y / o eliminar la alta eficiencia SOT en TSS. Para superar esto, el equipo de investigación ha identificado el efecto SOT dominado por TSS en Bi ultrafino 2 Se 3 películas ? 8 nm, que exhiben una gran eficiencia SOT de hasta 1.75 a temperatura ambiente, que es mucho mayor que los valores de ~ 0.01-0.3 en metales pesados usados convencionales.
dispositivos basados en aisladores topológicos de alto rendimiento para el almacenamiento de datos y la informática
En los dispositivos SOT de metales pesados tradicionales como Pt o Ta / ferromagnet, la densidad de corriente requerida para la conmutación de magnetización sigue siendo alta, del orden de ~ 10 7 -10 8 A / cm 2 lo que dificulta su uso en aplicaciones SOT de alto rendimiento.
El equipo demostró la conmutación de magnetización inducida por corriente de alta eficiencia a temperatura ambiente usando el aislante topológico Bi 2 Se 3 8 nm, que se puede cultivar en una escala de oblea utilizando epitaxia de haz molecular MBE, con un ferromagnet 3D convencional NiFe 6 nm, que se utiliza ampliamente en diversas industrias.
"Nuestro trabajo presenta con éxito una reducción significativa de la densidad de corriente de conmutación para la conmutación de magnetización utilizando el efecto SOT gigante en Bi 2 Se 3 . El valor es de aproximadamente 6 × 10 5 A / cm 2 que es casi dos órdenes de magnitud más pequeño que el de los metales pesados. Este es un hito importante para el consumo de energía ultra bajo y las aplicaciones de dispositivos SOT de alta densidad de integración. Además, nuestros dispositivos funcionan de manera robusta a temperatura ambiente, lo que supera el límite detemperatura de trabajo ultrabaja en el dispositivo TI anterior ", dijo el Dr. Wang Yi, del Departamento, quien es el otro coautor del estudio.
"Nuestro esquema de conmutación de magnetización no requiere un campo magnético de asistencia. Esto hace que los sistemas de materiales aislantes / ferromagnéticos topológicos sean fáciles de integrar en la tecnología industrial bien establecida para dispositivos magnéticos", agregó Assoc Prof Yang.
Próximos pasos
Avanzando, Assoc Prof Yang y su equipo están realizando experimentos para disminuir aún más la corriente de conmutación al refinar aún más los materiales y las estructuras de los sistemas, y también planean incorporar y probar la tecnología en dispositivos de memoria magnética de núcleo. El equipoespera trabajar con socios de la industria para explorar más a fondo varias aplicaciones con este novedoso sistema de materiales
Este trabajo de investigación fue apoyado por el programa Pharos de A * STAR sobre aisladores topológicos.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad Nacional de Singapur . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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