Ett internationellt team av forskare har beskrivit en ny fysisk effekt som kan användas för att utveckla effektivare magnetiska chips för informationsbehandling. Den kvantmekaniska effekten gör det lättare att producera spinnpolariserade strömmar som är nödvändiga för växling av magnetiskt lagrad information. Forskningsresultaten publicerades online den 28 juli i tidskriften med hög effekt Naturnanoteknik .

Slumpmässigt åtkomstminne är korttidsminnet i datorer. Det buffrar de program och filer som för närvarande används i elektronisk form, i många små kondensatorer. När kondensatorer urladdas över tiden, de måste laddas regelbundet för att säkerställa att ingen data går förlorad. Detta kostar tid och energi, och ett oplanerat strömavbrott kan leda till att data förloras för alltid.

Magnetiska slumpmässiga åtkomstminnen (MRAM), å andra sidan, lagra information i små magnetiska områden. Detta är en snabb process som fungerar utan kontinuerlig strömförsörjning. Trotts detta, MRAM har ännu inte implementerats i stor skala, eftersom deras integrationstäthet fortfarande är för låg, och de använder för mycket energi, är svåra att tillverka, och kostar för mycket.

En anledning till detta är att spinnpolariserade strömmar, eller spinnströmmar för kort, behövs för att byta magnetområden i MRAM:erna. Snurra är elektronernas inneboende vinkelmoment som ger material deras magnetiska egenskaper, och den kan peka åt två håll. Spinnströmmar är elektriska strömmar som bara har en av dessa två spinntyper. På samma sätt som jordens magnetfält påverkar nålen på en kompass, en ström av en av spinntyperna påverkar ett magnetiskt lager och kan få det att vända.

För att producera spinnströmmar fram till nu, den önskade centrifugeringstypen filtrerades från normal elektrisk ström. Detta krävde speciella filterstrukturer och höga strömtätheter. Tack vare den nya effekten som forskare från Jülich identifierade, Barcelona, Grenoble, och Zürich, magnetisk information kunde nu bytas lättare.

"Vi behöver inte längre centrifugeringsfilter. Istället vi producerar spinnströmmen direkt där den ska användas. Allt som behövs är en lagerbunt av kobolt och platina, "säger Dr Frank Freimuth från Peter Grünberg Institute och Institute for Advanced Simulation vid Forschungszentrum Jülich. Detta minskar den mängd utrymme som krävs, gör systemet mer robust, och kan förenkla produktionen av magnetflis.

En elektrisk ström, genomförs genom stacken vid gränssnittet, separerar snurrarna i platinaskiktet och transporterar endast en spinntyp till det magnetiska koboltskiktet. Detta skapar ett vridmoment i detta lager som kan vända magnetiseringen. "Snurrmoment hade redan observerats i dubbelskiktssystem tidigare, säger fysikern, som ingår i Young Investigators Group on Topical Nanoelectronics under ledning av prof. Yuriy Mokrousov. "Det faktum att vi för första gången slutgiltigt har förklarat hur de skapas är ett vetenskapligt genombrott, eftersom detta gör att vi kan producera dem selektivt och undersöka dem mer i detalj. "

Forskarna identifierade två mekanismer som kombineras för att producera den nya effekten, som de har kallat 'spin-orbit-vridmoment':spin-orbit-koppling och utbytesinteraktionen. Spinn-omloppskoppling är ett välkänt relativistiskt kvantfenomen och anledningen till att alla elektronspinn av en typ rör sig från platina till koboltskiktet. Inom koboltskiktet, lagrets magnetiska orientering interagerar sedan med snurrarna via utbytesinteraktionen.

Forskarna testade sin teori framgångsrikt i experiment. Deras nästa steg är att beräkna effekten i andra material med starkare vridmomentkoppling för att ta reda på om effekten är ännu tydligare i andra materialkombinationer.