(Phys.org) – Forskare har visat att beläggning av en koboltfilm i grafen fördubblar filmens vinkelräta magnetiska anisotropi (PMA), så att det når ett värde som är 20 gånger högre än det för traditionella metalliska kobolt/platina flerskikt som undersöks för denna egenskap. I ett material med hög PMA, magnetiseringen är orienterad vinkelrätt mot gränsytan mellan materialets lager. Material med högt PMA-värde undersöks för sina tillämpningar i nästa generations spintroniska enheter, såsom högdensitetsminnen och värmetoleranta logiska grindar.
Forskarna, Hongxin Yang, et al., har publicerat en artikel om den gigantiska PMA-förbättringen i ett nyligen utgåva av Nanobokstäver .

I allmänhet, spintroniska enheter fungerar genom att använda magnetiska och elektriska fält för att växla elektronsnurr mellan sina två tillstånd, vilket gör att snurren kan användas som binära informationsbärare. Ett av målen inom detta område är att minska storleken på spintronic-enheter samtidigt som man uppnår långsiktig informationslagring på 10 år. För att göra detta, lagringsmaterialet måste ha en stor PMA.

"Perpendikulär magnetisk anisotropi (PMA) vid ferromagnetiska övergångsmetall-/isolatorgränssnitt har blivit av stort intresse i samband med utvecklingen av olika spintroniska enheter, " medförfattare Mairbek Chshiev, en teoretisk fysiker och professor vid Joseph Fourier University i Grenoble, Frankrike, berättade Phys.org . "Förbättring av effektiv PMA kan uppnås antingen genom att öka yt-PMA eller genom att minimera mättnadsmagnetiseringen av lagringsskiktet. Co-grafen-heterostrukturerna som presenteras i manuskriptet drar nytta av båda dessa egenskaper."

Som forskarna förklarar i sin artikel, PMA-förbättringen i de grafenbelagda koboltfilmerna har sitt ursprung på atomnivå, där grafen påverkar energin i kobolts olika elektronorbitaler. Grafenbeläggningen ändrar hur dessa orbitaler överlappar varandra, vilket i sin tur ändrar riktningen för koboltfilmens totala magnetfält:en del av magnetiseringen som ursprungligen var parallell med filmytan är nu orienterad vinkelrätt mot filmytan.

Den grafenbelagda kobolten har en annan fördel, vilket är att filmen kan göras betydligt tjockare än andra material med hög PMA. Vanligtvis, material med hög PMA kan bara vara fem eller så lager tjocka innan deras vinkelräta magnetism spontant börjar omorientera sig i parallell riktning. Forskarna här visade att grafenbelagd kobolt kan behålla sin vinkelräta orientering även vid 13 lager tjocka, vilket är en annan fördel för applikationer.

"För att ytterligare optimera skalbarheten hos spintronic-enheter, lagringslagrets effektiva PMA måste maximeras så att den termiska stabilitetsfaktorn förblir tillräckligt hög för att uppnå en långvarig retention i gigabitapplikationer, " sa Chshiev.

Forskarna hoppas att dessa resultat, som visar den stora PMA-förbättringen som grafenbeläggningen ger, kommer att göra grafen-koboltstrukturer till lovande kandidater för framtida spintroniska enheter. De planterar för att fortsätta undersöka andra hög-PMA-material i framtiden.

"Vi kommer att utforska andra materialkombinationer med låg spin-omloppskoppling men ändå höga PMA-värden för traditionella och grafen spintroniska enheter i vertikal geometri, inklusive magnetiska tunnelkorsningar, "Chshiev sa. "Spin orbitronics fenomen i laterala grafen-baserade enheter kommer också att utforskas."

© 2015 Phys.org