HKUST e Tsinghua svelano l'interruttore elettrico a 180 gradi

Un gruppo di ricerca collaborativo guidato dall'Università della Scienza e della Tecnologia di Hong Kong (HKUST) e dall'Università Tsinghua ha proposto teoricamente e realizzato sperimentalmente un nuovo meccanismo di commutazione elettrica a 180° del vettore Néel in materiali antiferromagnetici con una struttura a bande spin-splittered caratterizzata da C. Bloccaggio della valle dello spin accoppiato, chiamato anche alternativa alla magnetizzazione. Il team ha inoltre dimostrato la capacità del materiale di interagire con il trasportatore Néel, aprendo la strada alla fabbricazione di dispositivi di memoria ultraveloci.

La spintronica antiferromagnetica ha suscitato un ampio interesse grazie al suo enorme potenziale di creare memorie antiferromagnetiche ultra-dense e ultraveloci adatte alle moderne tecnologie dell'informazione ad alte prestazioni. La commutazione elettrica a 180° del vettore Néel è un obiettivo a lungo termine per produrre una memoria antimagnetica controllabile elettricamente utilizzando i vettori Néel opposti come “0” e “1” binari. Tuttavia, i meccanismi di commutazione antiferromagnetici all'avanguardia sono stati a lungo limitati alla commutazione a 90° o 120° del vettore Néel, che inevitabilmente richiede più canali di scrittura che entrano in conflitto con l'integrazione superdensa. Lo studio della commutazione elettrica a 180° del vettore Néel rende il magnete antispin un nuovo potenziale candidato per la memoria ultraveloce.

Nello specifico, in un antiferromagnete a linea singola, il vettore Néel n ha due stati stabili n_+ e n_- con identiche barriere energetiche. Per eliminare l'asimmetria delle barriere energetiche, il team guidato dal professor LIU Junwei, professore associato presso il Dipartimento di Fisica dell'Università di Scienza e Tecnologia di Hong Kong, ha proposto di esercitare un campo magnetico esterno per interagire con la piccola coppia generata da il DMI. Quindi, la coppia di smorzamento orbitale [2] Possono essere utilizzati per guidare il vettore Néel n ad attraversare la barriera da n_+ a n_- ma non possono attraversare la barriera corrispondente (Figura 1a). Come mostrato nella Figura 1b, la simulazione del modello di spin atomico mostra che n può essere convertito deterministicamente nello stato n_+ o n_- in 0,1 ns. Incorporando curvature di Berry diverse da zero sulle bande di spin divise del modello a legame stretto, le conduttività Hall anomale mostrano un'elevata sensibilità a questi due stati n_+ e n_-, come mostrato nella Figura 1c.

Negli esperimenti condotti dal professor Pan Feng e dal professor Song Cheng, della Scuola di Scienza e Ingegneria dei Materiali dell'Università di Tsinghua, le buone prestazioni cicliche del film sottile antiferromagnetico Mn5Si3 sono mostrate nella Figura 1d, che significa 180° pilotato da corrente. Il cambio di autobus di Néel è robusto e sostenibile.

In effetti, il team ha presentato alcuni anni fa sulla rivista scientifica Nature Communications una nuova teoria chiamata Spin Valley Locking (SVL) con accoppiamento di C, suggerendo un nuovo modo per indurre la magnetizzazione negli antiferromagneti e gettando le basi per l’interruttore Néel. Vettore. Rispetto ai materiali SVL convenzionali accoppiati a T, i materiali SVL accoppiati a C generano bande di suddivisione dello spin mediante un forte accoppiamento di scambio tra elettroni vaganti e momenti magnetici locali invece del SOC. Inoltre, le valli di spin splitting sono accoppiate con direzioni di spin opposte mantenendo la simmetria cristallina piuttosto che la simmetria invertita nel tempo, come mostrato nella Figura 2. In pratica, è possibile esercitare una corrente di deformazione/carica per rompere o influenzare leggermente la simmetria cristallina e inducendo così una magnetizzazione netta/corrente di spin non lineare.

Sulla base dello studio teorico e sperimentale della commutazione elettrica e delle letture a 180° del vettore Néel in Mn5Si3, sono disponibili dispositivi di memoria AFM controllabili elettricamente con alta efficienza e alta riproducibilità. Questo lavoro fondamentale ha portato alla conversione delle informazioni tra gradi di libertà di carica e di spin negli antiferromagneti, aprendo la strada al rapido sviluppo della spintronica nell'industria elettronica. Con la sua potenziale applicazione come dispositivo di archiviazione, ad esempio nel disco rigido di un computer, il materiale offre notevoli vantaggi tra cui velocità di lettura e scrittura migliorate, nonché una maggiore densità di archiviazione.

In futuro, il professor Liu spera che il team esplorerà più meccanismi di commutazione e fisica di base e cercherà di trovare piattaforme fisiche più adatte con maggiore efficienza.

Lo studio è stato recentemente pubblicato sulla rivista scientifica Progresso della scienza,Gli autori corrispondenti sono il professor Pan Feng e il professor Song Qing della Tsinghua University e il professor Liu Junwei della Hong Kong University of Science and Technology, e i primi autori sono gli studenti laureati Han Li e Fu Shijie della Tsinghua University e della Hong Kong University of Science e Rispettivamente la tecnologia.