Möjligheten att kontrollera magnetiseringen av elektroder gjorda av ferromagneter kan hjälpa till att utveckla mer energieffektiva enheter för spintroniska applikationer, inklusive datalagringsteknik, bärbar elektronik och implanterbar medicinsk utrustning.

Drivs av efterfrågan på informationslagringsteknik med ökad kapacitet, miniatyrenheter som kallas magnetiska tunnel junctions (MTJ) har dykt upp som ett lovande sätt att lagra stora mängder data.

MTJ består av små ferromagneter separerade av ett ultratunt isolerande lager. Deras elektriska resistans kan växlas mellan låga och höga tillstånd - motsvarande de binära bitarna noll och ett - och kan därför användas för att lagra information i magnetoresistivt direktminne och andra spintroniska enheter.

Traditionellt, denna omkoppling har använt ett magnetfält, ett spin-omloppsvridmoment eller ett spin-överföringsmoment, som applicerar en hög elektrisk strömtäthet på enheten som sedan avleder stora mängder energi.

Nu, Aitian Chen, KAUST-kollegor och forskare från National University of Defense Technology i Kina, har gjort MTJ på ferroelektriska substrat. Dessa kan styras av enbart spänning, vilket resulterar i en dramatisk minskning av energiförbrukningen.

"Att integrera spintronics med multiferroics gör att magnetiska och elektriska egenskaper hos MTJ kan kopplas och är ett lovande tillvägagångssätt för energieffektiv drift av MTJ, " förklarar Chen.

För att kontrollera spänningen på MTJ:er, forskarna använde KAUSTs avancerade sputter- och litografianläggningar först för att deponera högkvalitativa MTJ-filmer på de ferroelektriska substraten. Nästa, de tillverkade enheterna med hjälp av fotolitografi och jonfräsning.

Genom att applicera spänning på det ferroelektriska substratet, teamet kunde byta magnetiseringskonfigurationen av MTJ:er mellan antiparallella och parallella tillstånd, som motsvarar högt och lågt elektriskt motstånd, respektive.

Använda par av elektroder på det ferroelektriska substratet för att generera en piezostam, de kunde modulera magnetiseringen av det ferromagnetiska lagret via töjningsmedierad magnetoelektrisk koppling.

"För närvarande, vi kräver två elektrodpar för att uppnå full kontroll över MTJ, men operationen är mycket komplicerad. Vi försöker nu förenkla driften genom att använda endast ett par elektroder, säger Chen.