Ett team av forskare har föreslagit ett nytt koncept för magnetbaserade minnesenheter som kan revolutionera informationslagringsenheter på grund av deras potential för storskalig integration, icke-flyktighet och hög hållbarhet.
Detaljer om deras resultat publicerades i tidskriften Nature Communications den 7 mars 2024.
Spintroniska enheter, representerade av magnetiskt direktminne (MRAM), använder magnetiseringsriktningen för ferromagnetiska material för att memorera information. På grund av sin icke-flyktighet och låga energiförbrukning kommer spintronic-enheter sannolikt att spela en avgörande roll i framtida informationslagringskomponenter.
Ferromagnetbaserade spintronikenheter har dock en potentiell fallgrop. Ferromagneter genererar magnetiska fält runt dem, som påverkar närliggande ferromagneter. I en integrerad magnetisk enhet resulterar detta i överhörning mellan magnetiska bitar, vilket kommer att begränsa den magnetiska minnestätheten.
Forskargruppen, som bestod av Hidetoshi Masuda, Takeshi Seki, Yoshinori Onose och andra från Tohoku Universitys Institute for Materials Research, och Jun-ichiro Ohe från Toho University, visade att magnetiska material som kallas spiralmagneter kan användas för en magnetisk minnesenhet, som bör lösa problemet med magnetfältet.
I spiralmagneter är riktningarna för de atomära magnetmomenten ordnade i en spiral. Höger- eller vänsterhäntheten hos spiralen, kallad kiralitet, kan användas för att memorera informationen. De magnetiska fälten som induceras av varje atomiskt magnetiskt moment tar ut varandra, så de spiralformade magneterna genererar inte något makroskopiskt magnetfält. "Minnesenheterna baserade på helimagneternas handenhet, fria från överhörning mellan bitar, kan bana en ny väg för att förbättra minnestätheten", säger Masuda.
Forskargruppen visade att kiralitetsminnet kan skrivas och läsas ut i rumstemperatur. De tillverkade epitaxiella tunna filmer av en rumstemperatur helimagnet MnAu2 och demonstrerade omkopplingen av kiralitet (spiralens höger- och vänsterhänta) genom de elektriska strömpulserna under magnetfält. Dessutom tillverkade de en tvåskiktsenhet bestående av MnAu2 och Pt (platina) och visade att kiralitetsminnet kan läsas ut som en resistansförändring, även utan magnetfält.
"Vi har upptäckt den potentiella förmågan hos kiralitetsminne i spiralmagneter för nästa generations minnesenheter; det kan erbjuda högdensitet, icke-flyktiga och mycket stabila minnesbitar", tillägger Masuda. "Detta kommer förhoppningsvis att leda till framtida lagringsenheter med ultrahög informationstäthet och hög tillförlitlighet."
Mer information: Hidetoshi Masuda et al., Växling och detektion av rumstemperaturkiralitet i en helimagnetisk MnAu₂-tunnfilm, Nature Communications (2024). DOI:10.1038/s41467-024-46326-4
Journalinformation: Nature Communications
Tillhandahålls av Tohoku University
