Med strukturen PMN-PZT/Ta(4 nm)/Pt(3 nm)/IrMn(15 nm)/CoFeB(5 nm)/Ta(4 nm), (a) utbytesförspänningen kan ställas in reversibelt längs två motsatta riktningar efter applicering av ac E med motsatta riktningar av Hext på 5000 Oe, (b) Successiv och stabil HE-reversering har visats. (c) Illustration för omjustering av AFM-spinaxlar i olika riktningar genom fältvibrationsproceduren. (d) HE-φ-kurva, och (e) HE-φ polär graf före och efter återställning av enkelriktad utbytesanisotropi i olika riktningar med användning av fältvibrationsproceduren. Kreditera: Acta Materialia
Spintronics är en framväxande teknologi för tillverkning av elektroniska enheter som drar fördel av elektronspin och dess tillhörande magnetiska egenskaper, istället för att använda en elektrons elektriska laddning, att bära information. Antiferromagnetiska material väcker uppmärksamhet inom spintronik, med förväntningar på spinnoperationer med högre stabilitet. Till skillnad från ferromagnetiska material, i vilka atomer ligger i linje i samma riktning som i de typiska kylskåpsmagneterna, magnetiska atomer inuti antiferromagneter har antiparallella spinnjusteringar som tar bort nettomagnetiseringen.
Forskare har arbetat med att kontrollera inriktningen av magnetiska atomer i antiferromagnetiska material för att skapa magnetiska omkopplare. Konventionellt, detta har gjorts med hjälp av en "fältkylning"-procedur, som värmer och sedan kyler ett magnetiskt system som innehåller en antiferromagnet, samtidigt som ett externt magnetfält appliceras. Dock, denna process är ineffektiv för användning i många mikro- eller nanostrukturerade spintronics-enheter eftersom den rumsliga upplösningen av själva processen inte är tillräckligt hög för att användas i mikro- eller nano-skala enheter.
"Vi upptäckte att vi kan kontrollera det antiferromagnetiska tillståndet genom att samtidigt applicera mekanisk vibration och ett magnetfält, " säger Jung-Il Hong från DGISTs Spin Nanotech Laboratory. "Processen kan ersätta den konventionella uppvärmnings- och kylmetoden, vilket är både obekvämt och skadligt för det magnetiska materialet. Vi hoppas att vår nya procedur kommer att underlätta integrationen av antiferromagnetiska material i spintronikbaserade mikro- och nanoenheter."
Hong och hans kollegor kombinerade två lager:en ferromagnetisk film av kobolt-järn-bor ovanpå en antiferromagnetisk film av iridiummangan. Skikten odlades på piezoelektriska keramiska substrat. Kombinerad tillämpning av mekanisk vibration och ett magnetfält gjorde det möjligt för forskarna att kontrollera inriktningen av magnetiska snurr upprepade gånger längs vilken riktning som helst.
Teamet siktar på att fortsätta sökandet och utvecklingen av nya magnetiska faser utöver konventionellt klassificerade magnetiska material. "Historiskt sett, ny materialupptäckt har lett till utvecklingen av ny teknik, " säger Hong. "Vi vill att vårt forskningsarbete ska vara ett frö till ny teknik."
