Открыта новая физика и применение антиферромагнетика

Исследовательская группа профессора Хидео Оно и доцента Сюнсуке Фуками из Университета Тохоку изучила управление намагниченностью с помощью тока, подаваемого на гетероструктуры, содержащие антиферромагнетик. Они обнаружили, что ток вызывает поток спина электронов в антиферромагнетике, который вызывает переключение намагниченности в соседнем ферромагнетике.

Полученные результаты проливают свет на новую физику антиферромагнетика, а также открывают различные пути создания интегральных схем сверхмалой мощности и других новых приложений, таких как нейроморфные вычисления.

Ожидается, что устройства спинтроники, которые могут хранить информацию в направлении намагничивания без источника питания, будут реализовывать интегральные схемы со сверхнизким энергопотреблением. Ключевым вопросом для приложения является то, как добиться быстрого и надежного переключения намагничивания с низким энергопотреблением.

Недавно была разработана схема переключения, использующая поток спин электрона, так называемый спиновый ток, возникающий из спин-орбитальное взаимодействие, привлек большое внимание как новый метод достижения быстрого и надежного контроля намагничивания. Эта схема наблюдалась в гетероструктурах, обычно состоящих из ферромагнетика и немагнитного слоя тяжелого металла, и называется переключением намагниченности, индуцированным спин-орбитальным моментом.

Исследовательская группа исследовала переключение, вызванное спин-орбитальным крутящим моментом, в двухслойной системе антиферромагнетик-ферромагнетик. До сих пор движение электронного спина в антиферромагнетиках изучено недостаточно. Они изготовили переключающие устройства из стопки с антиферромагнитным PtMn и ферромагнитным многослойным Co/Ni и провели электрическую оценку переключающих свойств при комнатной температуре. Они обнаружили, что ток, текущий в антиферромагнетике, генерирует спин-орбитальный крутящий момент, достаточно большой, чтобы вызвать переключение намагниченности в соседнем ферромагнетике.

Примечательно, что в то время как переключение спин-орбитального момента в двухслойных системах немагнит-ферромагнетик, изученных ранее, требует внешнего поля в плоскости, настоящая система обеспечивает переключение без поля благодаря уникальному свойству, возникающему на границе раздела антиферромагнетик-ферромагнетик.

Кроме того, они обнаружили, что в определенных стопочных структурах обратная часть намагниченности может управляться аналоговым образом величиной приложенного тока, и эту особенность также можно объяснить природой антиферромагнетика.

Эта работа важна как с физической, так и с прикладной точки зрения. С точки зрения физики полученные результаты позволяют глубже понять явления антиферромагнетика и спинового транспорта, такие как топологический эффект Холла. С точки зрения применения, переключение без внешнего поля, достигнутое в этой работе, показывает перспективу для реализации спин-орбитальных моментных устройств для будущих сверхмаломощных устройств. интегральные схемы. Кроме того, поскольку наблюдаемое здесь аналоговое поведение напоминает работу синапсов в мозге, настоящее устройство антиферромагнетик-ферромагнетик может стать ключом к реализации нейроморфных вычислений, которые, как известно, обеспечивают эффективную обработку информации.