Fig.1:Un diagrama esquemático del almacenamiento de información utilizando dispositivos espintrónicos basados en ferromagnetos (FM) convencionales (izquierda) y los dispositivos basados en antiferromagnetos (AFM) propuestos (derecha) (las flechas indican momentos magnéticos). En dispositivos basados en FM (izquierda), los bits de información (estado "1" o "0") se codifican en la orientación (rojo / arriba o azul / abajo) de los momentos. La estructura compensada de los AFM (derecha) conlleva ventajas únicas y al mismo tiempo presenta importantes obstáculos. Crédito:Samik DuttaGupta y Shunsuke Fukami
La búsqueda de paradigmas de computación inteligente de alto rendimiento (big data e inteligencia artificial) y el volumen cada vez mayor de información digital ha llevado a una demanda intensificada de dispositivos electrónicos de próxima generación de alta velocidad y bajo consumo de energía. El mundo "olvidado" de los antiferromagnetos (AFM), una clase de materiales magnéticos, ofrece promesas en el desarrollo futuro de dispositivos electrónicos y complementa las tecnologías espintrónicas basadas en ferromagnéticos actuales (Fig. 1).
Los desafíos formidables para el desarrollo de dispositivos espintrónicos funcionales basados en AFM son la manipulación eléctrica de alta velocidad (grabación), detección (recuperación), y garantizar la estabilidad de la información registrada, todo en un sistema de materiales compatible con la industria de semiconductores.
Investigadores de la Universidad de Tohoku, Universidad de Nueva Gales del Sur (Australia), ETH Zürich (Suiza), y Diamond Light Source (Reino Unido) demostraron con éxito la conmutación inducida por corriente en una heteroestructura antiferromagnética metálica policristalina con alta estabilidad térmica. Los hallazgos establecidos muestran potencial para las tecnologías de procesamiento y almacenamiento de información.
El grupo de investigación utilizó una heteroestructura de AFM metálico (PtMn) / metal pesado (HM) a base de Mn, atractiva debido a su anisotropía antiferromagnética significativa y su compatibilidad con la electrónica basada en silicio PtMn (Fig. 2 (a)). El registro eléctrico de los estados de resistencia (1 o 0) se obtuvo mediante la interacción espín-órbita de la capa HM; una corriente de carga en el HM adyacente resultó en pares de giro en órbita que actúan sobre el AFM, conduciendo a un cambio en el nivel de resistencia hasta un régimen de microsegundos (Fig. 2 (b)).
Fig.2:(a) Un diagrama esquemático de la estructura de pila desarrollada. (b) Los resultados experimentales de la conmutación inducida por corriente de la estructura AFM / HM PtMn / Pt bajo la corriente JPt aplicada en la capa de Pt. La lectura de los estados antiferromagnéticos se logró midiendo la resistencia de lectura de salida (RHall). (c) La estabilidad de los estados registrados (1 o 0) se investigó midiendo RHall durante varias horas. El área sombreada en rojo y azul corresponde al registro eléctrico de los estados de alta resistencia ("1") o baja resistencia ("0"). (D), (e) Imágenes magnéticas de rayos X de la estructura PtMn / Pt después de la aplicación de pulsos de corriente. Las áreas blancas y negras de la imagen indican regiones de contraste magnético opuesto, que representa la inversión del orden antiferromagnético. Crédito:Samik DuttaGupta y Shunsuke Fukami
"Curiosamente, el grado de conmutación es controlable por la fuerza de la corriente en la capa HM y muestra capacidades de retención de datos a largo plazo, "dijo Samik DuttaGupta, autor correspondiente del estudio (Fig. 2 (c)). "Los resultados experimentales de las mediciones eléctricas se complementaron con una imagen de rayos X magnética, ayudando a aclarar la naturaleza reversible de la dinámica de conmutación localizada dentro de los dominios AFM de tamaño nm. "(Fig. 2 (d), (mi)).
Los resultados son la primera demostración de conmutación inducida por corriente de un AFM compatible con la industria hasta el régimen de microsegundos dentro del campo de la espintrónica antiferromagnética metálica. Se espera que estos hallazgos inicien nuevas vías de investigación y alienten más investigaciones hacia la realización de dispositivos funcionales que utilicen AFM metálicos para tecnologías de almacenamiento y procesamiento de información.
