Forskare vid University of Tokyo har skapat en elektronisk komponent som visar funktioner och förmågor som är viktiga för framtida generationer av beräkningslogik och minnesenheter. Det är mellan en och två storleksordningar mer energieffektiv än tidigare försök att skapa en komponent med samma typ av beteende. Detta kan ha tillämpningar inom det framväxande området för spintronik.

Spintronics utforskar möjligheten till högpresterande, lågeffektkomponenter för logik och minne. Den är baserad på idén att koda information till spinn av en elektron, en egenskap relaterad till rörelsemängd, snarare än genom att använda paket av elektroner för att representera bitar.

En av nycklarna för att låsa upp potentialen hos spintronics ligger i förmågan att snabbt och effektivt magnetisera material. University of Tokyo Professor Masaaki Tanaka och kollegor har gjort ett viktigt genombrott på detta område. Teamet har skapat en komponent, en tunn film av ferromagnetiskt material, vars magnetisering kan vändas helt med tillämpning av mycket små strömtätheter. Dessa är mellan en och två storleksordningar mindre än strömtätheter som krävs av tidigare tekniker, så den här enheten är mycket effektivare.

"Vi försöker lösa problemet med den stora strömförbrukningen som krävs för magnetiseringsreversering i magnetiska minnesenheter, " sa Tanaka. "Vårt ferromagnetiska halvledarmaterial - galliummanganarsenid (GaMnAs) - är idealiskt för denna uppgift, eftersom det är en enkristall av hög kvalitet. Mindre ordnade filmer har en oönskad tendens att vända elektronsnurr. Detta är besläktat med motstånd i elektroniska material och det är den typ av ineffektivitet vi försöker minska."

GaMnAs-filmen som teamet använde för sitt experiment är speciell på ett annat sätt också. Den är särskilt tunn tack vare en tillverkningsprocess som kallas molekylär strålepitaxi. Med denna metod kan enheter konstrueras enklare än andra analoga experiment som försöker använda flera lager snarare än tunna filmer i ett lager.

"Vi förväntade oss inte att magnetiseringen kan vändas i detta material med en så låg strömtäthet; vi blev mycket förvånade när vi hittade detta fenomen, " avslutar Tanaka. "Vår studie kommer att främja forskning om materialutveckling för effektivare magnetiseringsreversering. Och detta kommer i sin tur att hjälpa forskare att inse lovande utvecklingar inom spintronik."

Studien redovisas i Naturkommunikation .