Figura 1. (Izquierda) Imagen de microscopía electrónica de transmisión. Preparamos un imán a nanoescala de FePt que está controlado atómicamente. (Derecha) Aplicamos voltajes externos a la muestra y realizamos un experimento de absorción de rayos X sincrotrón. Crédito:Universidad de Osaka
Un grupo de investigación dirigido por la Universidad de Osaka descubrió un nuevo principio para realizar una memoria magnética ultraeficiente en energía controlando eléctricamente las formas de los átomos.
Memoria magnética no volátil que utiliza imanes de tamaño nanométrico, MRAM (memoria magnetorresistiva de acceso aleatorio), Requiere inversión de magnetización aplicando voltaje. Por lo tanto, Es preferible la inversión de magnetización ultraeficiente en nanosegundos. Sin embargo, figura de mérito de la tecnología actual, anisotropía magnética controlada por voltaje (VCMA), era menos de una décima parte del nivel necesario para la aplicación. Es importante desarrollar el efecto VCMA utilizando los nuevos materiales.
Profesor asociado Shinji MIWA en la Universidad de Osaka, Dr. Motohiro SUZUKI en el Instituto de Investigación de Radiación Sincrotrón de Japón, Profesor asistente Masahito TSUJIKAWA en la Universidad de Tohoku, Dr. Takayuki NOZAKI en el Instituto Nacional de Ciencia y Tecnología Industrial Avanzada, y el Dr. Tadakatsu OHKUBO en el Instituto Nacional de Ciencia de Materiales, hizo una capa monoatómica de platino colocada sobre hierro ferromagnético (sistema FePt | MgO) que se controló a nivel atómico. (Figura 1. Izquierda)
Dado que existe una correlación entre una interacción espín-órbita y un VCMA, este grupo se centró en FePt | MgO, que contiene platino con grandes interacciones espín-órbita. Usando el FePt | MgO, este grupo realizó experimentos para aclarar el VCMA en líneas de rayos X en la instalación de radiación de sincrotrón SPring-8. (Figura.1. Derecha)
Figura 2. La anisotropía magnética del control de voltaje es de 30 fJ / Vm en el sistema Fe-MgO, y el de FePt es 140 fJ / Vm. En este estudio, encontramos que la anisotropía magnética controlada por voltaje en el sistema FePt posee dos mecanismos. También encontramos que el FePt posee potencialmente un coeficiente de anisotropía magnética controlado por voltaje de más de 1000 fJ / Vm. Crédito:Universidad de Osaka
A partir de estos experimentos y cálculos teóricos, este grupo descubrió que el sistema FePt | MgO que demostró un VCMA de 140 fJ / Vm tenía dos mecanismos diferentes y potencialmente posee un enorme VCMA más allá de 1, 000 fJ / Vm. (Figura 2.)
Este grupo observó cambios en el término dipolo magnético por voltaje en el experimento en SPring-8. A partir de cálculos teóricos, se encontró que, en el sistema FePt | MgO, los VCMA del Mecanismo A conocido convencionalmente (el inductino del momento magnético orbital) y el Mecanismo B recientemente descubierto (término inductino del dipolo magnético) se cancelaron parcialmente entre sí, resultando en un VCMA de 140 fJ / Vm.
Como se muestra en la Figura 2, Los mecanismos A y B tienen un valor VCMA de 1, 000 fJ / Vm o más, por lo que el diseño de materiales para crear un efecto sinérgico permitirá el desarrollo de materiales con un VCMA de 1, 000 fJ / Vm o más.
El uso de los logros de este grupo en el diseño de materiales permitirá obtener un VCMA 10 veces mayor que el de los materiales existentes, lo que permitirá una memoria no volátil de ahorro de energía que puede reducir la generación de calor.
Figura 3. La anisotropía magnética controlada por voltaje del nanomaimán de FePt opssess dos mecanismos. El conocido mecanismo A se puede describir mediante dopaje con carga, y se puede confirmar midiendo el momento magnético orbital. El nuevo mecanismo B puede describirse mediante la redistribución de cargos, y se puede confirmar midiendo el momento dipolar magnético. Crédito:Universidad de Osaka
