Los científicos del Instituto de Tecnología de Tokio Tokyo Tech exploran una nueva combinación de materiales que prepara el escenario para las memorias magnéticas de acceso aleatorio, que dependen del espín, una propiedad intrínseca de los electrones, y podrían superar a los dispositivos de almacenamiento actuales. Su avance publicadoen un nuevo estudio describe una estrategia novedosa para explotar los fenómenos relacionados con el espín en materiales topológicos, lo que podría impulsar varios avances en el campo de la electrónica del espín. Además, este estudio proporciona información adicional sobre el mecanismo subyacente de los fenómenos relacionados con el espín.
La espintrónica es un campo tecnológico moderno donde el "espín" o el momento angular de los electrones tiene un papel primordial en el funcionamiento de los dispositivos electrónicos. De hecho, los arreglos colectivos de espín son la razón de las curiosas propiedades de los materiales magnéticos, que son popularmenteutilizado en la electrónica moderna. Los investigadores de todo el mundo han estado tratando de manipular las propiedades relacionadas con el espín en ciertos materiales, debido a una gran cantidad de aplicaciones en dispositivos que trabajan en este fenómeno, especialmente en las memorias no volátiles. Estas memorias magnéticas no volátiles, llamadas MRAM, tienen el potencial de superar a las memorias de semiconductores actuales en términos de consumo de energía y velocidad.
Un equipo de investigadores de Tokyo Tech, dirigido por el profesor adjunto Pham Nam Hai, publicó recientemente un estudio en Revista de física aplicada en magnetorresistencia Hall de espín unidireccional USMR, un fenómeno relacionado con el espín que podría usarse para desarrollar células MRAM con una estructura extremadamente simple. El efecto Hall de espín conduce a la acumulación de electrones con un cierto espín en los lados laterales de unLa motivación detrás de este estudio fue que el efecto Hall de giro, que es particularmente fuerte en materiales conocidos como "aislantes topológicos", puede resultar en un USMR gigante al combinar un aislante topológico con un semiconductor ferromagnético.
Básicamente, cuando los electrones con el mismo giro se acumulan en la interfaz entre los dos materiales, debido al efecto Hall de giro, los espines pueden inyectarse a la capa ferromagnética y voltear su magnetización, lo que permite "operaciones de escritura en memoria", lo que significalos datos en los dispositivos de almacenamiento se pueden "reescribir". Al mismo tiempo, la resistencia de la estructura compuesta cambia con la dirección de la magnetización debido al efecto USMR. Debido a que la resistencia se puede medir usando un circuito externo, esto permite"operaciones de lectura de memoria", en las que los datos se pueden leer utilizando la misma ruta actual con la operación de escritura. Sin embargo, en la combinación de materiales existente que utiliza metales pesados convencionales para el efecto Hall de giro, los cambios en la resistencia causados por el efecto USMR son extremadamente bajos- muy por debajo del 1% - lo que dificulta el desarrollo de MRAM que utilizan este efecto. Además, el mecanismo del efecto USMR parece variar según la combinación de material utilizado, y esno está claro qué mecanismo se puede explotar para mejorar el USMR a más del 1%.
Para comprender cómo las combinaciones de materiales pueden influir en el efecto USMR, los investigadores diseñaron una estructura compuesta que comprende una capa de arseniuro de galio manganeso GaMnAs, un semiconductor ferromagnético y antimonuro de bismuto BiSb, un aislante topológico. Curiosamente, con esta combinación,lograron obtener una proporción de USMR gigante del 1,1%. En particular, los resultados mostraron que la utilización de fenómenos llamados "dispersión magnon" y "dispersión de desorden de espín" en semiconductores ferromagnéticos puede conducir a una proporción de USMR gigante, lo que hace posible el usoEste fenómeno en aplicaciones del mundo real. El Dr. Hai elabora, "Nuestro estudio es el primero en demostrar que es posible obtener una relación USMR mayor al 1%. Esto es varios órdenes de magnitud mayor que aquellos que utilizan metales pesados para USMR.Además, nuestros resultados proporcionan una nueva estrategia para maximizar la proporción de USMR para aplicaciones prácticas de dispositivos ".
Este estudio podría desempeñar un papel clave en el desarrollo de la espintrónica. La estructura MRAM convencional requiere alrededor de 30 capas ultrafinas, lo cual es muy difícil de hacer. Al utilizar USMR para la operación de lectura, solo se necesitan dos capas para las celdas de memoria."Una mayor ingeniería de materiales puede mejorar aún más la proporción de USMR, que es esencial para los MRAM basados en USMR con una estructura extremadamente simple y una lectura rápida. Nuestra demostración de una proporción de USMR superior al 1% es un paso importante hacia este objetivo", concluye el Dr. Hai..
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto de Tecnología de Tokio . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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