Figur 1. (vänster) Bild av överföringselektronmikroskopi. Vi förberedde FePt nanoskala magnet som är atomstyrt. (Höger) Vi applicerade externa spänningar på provet och utförde synkrotronröntgenabsorptionsexperiment. Upphovsman:Osaka University
En forskargrupp som leds av Osaka University upptäckte en ny princip för att förverkliga ett ultra-energieffektivt magnetminne genom att elektriskt styra atomernas former.
Icke flyktigt magnetminne med magneter i nanometerstorlek, MRAM (magnetoresistivt slumpmässigt åtkomstminne), nödvändig magnetiseringsomvändning genom att applicera spänning. Således, ultra-energieffektiv magnetiseringsomvändning i nanosekunder är att föredra. Dock, meriter i den nuvarande tekniken, spänningsstyrd magnetisk anisotropi (VCMA), var mindre än en tiondel av den nivå som var nödvändig för ansökan. Det är viktigt att utveckla VCMA -effekten med hjälp av de nya materialen.
Docent Shinji MIWA vid Osaka University, Dr Motohiro SUZUKI vid Japan Synchrotron Radiation Research Institute, Biträdande professor Masahito TSUJIKAWA vid Tohoku University, Dr Takayuki NOZAKI vid National Institute of Advanced Industrial Science and Technology, och Dr. Tadakatsu OHKUBO vid National Institute for Materials Science, gjort ett platinummonatomskikt placerat på ferromagnetiskt järn (FePt | MgO -system) som styrdes på atomnivå. (Bild 1. Vänster)
Eftersom det finns ett samband mellan en spin-orbit-interaktion och en VCMA, denna grupp fokuserade på FePt | MgO, som innehåller platina med stora spin-orbit-interaktioner. Använda FePt | MgO, denna grupp genomförde experiment för att klargöra VCMA vid röntgenstrålar i SPring-8 synkrotronstrålningsanläggningen. (Bild 1. Höger)
Figur 2. Spänningskontrollmagnetisk anisotropi är 30 fJ/Vm i Fe-MgO-system, och FePt är 140 fJ/Vm. I den här studien, vi finner att spänningsstyrd magnetisk anisotropi i FePt -systemet har två mekanismer. Vi finner också att FePt potentiellt har spänningsstyrd magnetisk anisotropi -koefficient mer än 1000 fJ/Vm. Upphovsman:Osaka University
Från dessa experiment och teoretiska beräkningar, denna grupp upptäckte att FePt | MgO -systemet som visade ett VCMA på 140 fJ/Vm hade två olika mekanismer och potentiellt har en enorm VCMA över 1, 000 fJ/Vm. (Figur 2.)
Denna grupp observerade förändringar i magnetisk dipolterm med spänning i experimentet vid SPring-8. Från teoretiska beräkningar, det konstaterades att, i FePt | MgO -systemet, VCMA från konventionellt känd mekanism A (det orbitala magnetiska ögonblicket induktino) och nyupptäckta mekanismen B (magnetisk dipolterm induktino) avbröts delvis av varandra, vilket resulterar i en VCMA på 140 fJ/Vm.
Som visas i figur 2, Mekanismerna A och B har ett VCMA -värde på 1, 000 fJ/Vm eller mer, så att designa material för att skapa en synergistisk effekt kommer att tillåta utveckling av material med en VCMA på 1, 000 fJ/Vm eller mer.
Användningen av denna grupps prestationer vid utformning av material gör det möjligt att erhålla en VCMA som är 10 gånger större än den för befintliga material, vilket möjliggör energibesparande icke-flyktigt minne som kan minska värmegenerering.
Figur 3. Spänningsstyrd magnetisk anisotropi av FePt nanomagnet använder två mekanismer. Välkänd mekanism A kan beskrivas genom laddningsdopning, och det kan bekräftas genom att mäta orbital magnetiskt moment. Ny mekanism B kan beskrivas genom laddningsfördelning, och det kan bekräftas genom att mäta magnetiskt dipolmoment. Upphovsman:Osaka University
