Eftersom artificiell intelligensteknik som Chat-GPT används i olika branscher, blir rollen som högpresterande halvledarenheter för att bearbeta stora mängder information allt viktigare. Bland dem väcker spin-minne uppmärksamhet som nästa generations elektronikteknik eftersom det är lämpligt för att bearbeta stora mängder information med lägre effekt än kiselhalvledare som för närvarande massproduceras.
Att använda nyligen upptäckta kvantmaterial i spinnminne förväntas dramatiskt förbättra prestandan genom att förbättra signalförhållandet och minska effekt, men för att uppnå detta är det nödvändigt att utveckla teknik för att kontrollera egenskaperna hos kvantmaterial genom elektriska metoder som ström och spänning.
Dr Jun Woo Choi från Center for Spintroncs Research vid Korea Institute of Science and Technology (KIST) och professor Se-Young Park vid institutionen för fysik vid Soongsil University har tillkännagett resultaten av en samarbetsstudie som visar att ultralåg- kraftminne kan tillverkas av kvantmaterial. Resultaten publiceras i tidskriften Nature Communications .
Genom att applicera en spänning på en kvantmaterialspintronisk enhet som består av tvådimensionell materialheterostruktur är det möjligt att läsa och skriva information med ultralåg effekt genom att effektivt kontrollera elektronernas spininformation.
Tvådimensionella material, som är representativa kvantmaterial, kan enkelt separeras i plana lager av enstaka atomer, till skillnad från vanliga material som har en tredimensionell struktur, och därmed uppvisar speciella kvantmekaniska egenskaper.
I denna studie utvecklade forskarna en tvådimensionell heterostrukturenhet som kombinerar kvantmaterial med två olika egenskaper för första gången. Genom att applicera spänning så låg som 5 V till en enhet som består av ett tvådimensionellt ferromagnetiskt material (Fe3-x GeTe2 ) och ett tvådimensionellt ferroelektriskt material (In2 Se3 ) staplade ovanpå varandra kan det magnetiska fältet som krävs för att ändra ferromagnetens spinnriktning, dvs. koercitiviteten, minskas med mer än 70 %.
Forskarna fann också att de strukturella förändringarna i den tvådimensionella ferroelektriska som uppstår när en spänning appliceras leder till förändringar i spinnegenskaperna hos närliggande tvådimensionella ferromagneter.
Gittret hos det tvådimensionella ferroelektriska materialet expanderar med spänning, vilket förändrar den magnetiska anisotropin hos den intilliggande ferromagneten och reducerar kraftigt koerciviteten som krävs för att omorientera spinnet. Detta innebär att genom att applicera en mycket liten spänning på en kvantmaterialheterostrukturenhet är det möjligt att kontrollera spininformationen för elektroner även med ett cirka 70 % reducerat magnetfält, vilket är en nyckelteknologi för utvecklingen av ultralåg effekt. spinnminne baserat på kvantmaterial.
"Genom att säkra nästa generations minneselementteknik med ultralåg effekt med hjälp av kvantmaterial kommer vi att kunna behålla vår tekniska fördel och konkurrenskraft i den nyligen vackla halvledarindustrin", säger Dr Jun Woo Choi på KIST.
Mer information: Jaeun Eom et al, Spänningskontroll av magnetism i Fe3-x GeTe2 /In2 Se3 van der Waals ferromagnetiska/ferroelektriska heterostrukturer, Nature Communications (2023). DOI:10.1038/s41467-023-41382-8
Journalinformation: Nature Communications
Tillhandahålls av National Research Council of Science and Technology
