Från olika magnetband, disketter och hårddiskar, magnetiska material har lagrat vår elektroniska information tillsammans med våra värdefulla kunskaper och minnen i mer än ett halvt sekel.

På senare år, de nya typerna fenomen som kallas magnetoresistans, som är ett materials tendens att ändra sitt elektriska motstånd när ett externt applicerat magnetfält eller dess egen magnetisering ändras, har funnit sin framgång i hårddiskläshuvuden, magnetfältssensorer och den stigande stjärnan inom minnesteknologierna, det magnetoresistiva direktminnet.

En ny upptäckt, ledd av forskare vid University of Minnesota, demonstrerar förekomsten av en ny typ av magnetoresistans som involverar topologiska isolatorer som kan resultera i förbättringar av framtida datorer och datorlagring. Detaljerna om deras forskning publiceras i det senaste numret av den vetenskapliga tidskriften Naturkommunikation .

"Vår upptäckt är en saknad pusselbit för att förbättra framtiden för lågeffektsdatorer och minne för halvledarindustrin, inklusive hjärnliknande datorer och chips för robotar och magnetiskt 3D-minne, " sa University of Minnesota Robert F. Hartmann professor i el- och datateknik Jian-Ping Wang, chef för Center for Spintronic Materials, Gränssnitt, och Novel Structures (C-SPIN) baserade vid University of Minnesota och medförfattare till studien.

Ny teknik med topologiska isolatorer

Medan magnetisk inspelning fortfarande dominerar datalagringsapplikationer, det magnetoresistiva direktminnet finner gradvis sin plats inom datorminnet. Från utsidan, de är till skillnad från hårddiskarna som har mekaniskt snurrande skivor och svängande huvuden – de är mer som alla andra typer av minne. De är chips (solid state) som du hittar lödda på kretskort i en dator eller mobil enhet.

Nyligen, en grupp material som kallas topologiska isolatorer har visat sig ytterligare förbättra skrivenergieffektiviteten hos magnetoresistiva direktminnesceller inom elektronik. Dock, den nya enhetsgeometrin kräver ett nytt magnetoresistansfenomen för att åstadkomma läsfunktionen hos minnescellen i 3D-system och nätverk.

Efter den senaste upptäckten av den enkelriktade spinn-Hall-magnetoresistansen i ett konventionellt dubbelskiktsmaterialsystem av metall, forskare vid University of Minnesota samarbetade med kollegor vid Pennsylvania State University och demonstrerade för första gången förekomsten av sådan magnetresistens i de topologiska isolator-ferromagnet dubbelskikten.

Studien bekräftar förekomsten av sådan enkelriktad magnetoresistans och avslöjar att antagandet av topologiska isolatorer, jämfört med tungmetaller, fördubblar magnetresistansprestanda vid 150 Kelvin (-123,15 Celsius). Ur ett applikationsperspektiv, detta arbete ger den saknade pusselbiten för att skapa en föreslagen dator- och minnesenhet av 3D- och tvärstrecktyp som involverar topologiska isolatorer genom att lägga till den tidigare saknade eller mycket obekväm läsfunktionaliteten.