I en artikel publicerad i Nature Communications , ett internationellt team ledd av forskare från Nanodevices-gruppen vid CIC nanoGUNE lyckades med spänningsbaserad magnetiseringsomkoppling och avläsning av magnetoelektriska nanoenheter med spinnomlopp. Den här studien utgör ett principbevis för dessa nanoenheter, som är byggstenarna för magnetoelektrisk spin-orbit (MESO) logik, vilket öppnar en ny väg för lågeffekts-över-CMOS-teknologier.
En väg för magnetfältsfri, spänningsbaserad omkoppling av magnetism har föreslagits med användning av magnetoelektriska material som uppvisar mer än en av de primära ferroiska egenskaperna i samma fas. Bland flera möjliga kombinationer förväntas samexistensen av ferroelektricitet och ferromagnetism möjliggöra styrning av magnetisering genom omkoppling av den ferroelektriska polarisationen med ett elektriskt fält.
I denna kategori, vismutferrit (BiFeO3 ) har varit det mest studerade materialet och uppvisar en tät koppling mellan antiferromagnetiska och ferroelektriska ordningar vid rumstemperatur.
Vägen till multiferroic-baserade enheter har varit lång och krånglig, med sparsamma resultat rapporterade. Ändå förväntas det att sådana enheter kan sänka magnetiseringsskrivenergierna till attojoule-området, en förbättring av flera storleksordningar jämfört med toppmoderna strömbaserade enheter.
Denna drivkraft ledde till det senaste förslaget från MESO-logik, som föreslår en spin-baserad nanoenhet intill en multiferroic, där magnetiseringen växlas enbart med en spänningspuls och avläses elektriskt med hjälp av spin-to-charge current conversion (SCC) fenomen.
Nu visade ett team av forskare den experimentella implementeringen av en sådan enhet. Teamet tillverkade SCC nanodevices på BiFeO3 och analyserade reversibiliteten av magnetiseringen av ferromagnetisk CoFe med hjälp av en kombination av piezorespons och magnetisk kraftmikroskopi, där polarisationstillståndet för BiFeO3 och magnetiseringen av CoFe avbildas vid omkoppling.
Forskarna korrelerade sedan detta med helelektriska SCC-experiment där spänningspulser applicerades för att koppla om BiFeO3 , omvänd magnetisering av CoFe (skrivning) och olika SCC-utgångsspänningar mättes beroende på magnetiseringsriktningen (avläsning).
De publicerade resultaten stöder spänningsbaserad magnetiseringsomkoppling och avläsning i nanoenheter vid rumstemperatur, möjliggjort genom utbyteskoppling mellan multiferroisk BiFeO3 och ferromagnetisk CoFe, för skrivning, och SCC mellan CoFe och Pt, för läsning.
Medan ytterligare arbete krävs när det gäller styrbarhet och reproducerbarhet av omkopplingen, särskilt när det gäller de ferroelektriska och magnetiska texturerna i BiFeO3 , ger dessa resultat ett viktigt steg framåt mot spänningskontroll av magnetisering i nanoskalamagneter, avgörande för framtida spinnbaserade logik- och minnesenheter med låg effekt.
Mer information: Diogo C. Vaz et al, Spänningsbaserad magnetiseringsväxling och avläsning i magnetoelektriska spin-omlopps nanoenheter, Nature Communications (2024). DOI:10.1038/s41467-024-45868-x
Journalinformation: Nature Communications
Tillhandahålls av Elhuyar Fundazioa
