Los científicos del Instituto de Tecnología de Tokio (Tokyo Tech) informan sobre una nueva combinación de materiales que prepara el escenario para la memoria magnética de acceso aleatorio basada en el giro. una propiedad intrínseca de los electrones. La innovación podría superar a los dispositivos de almacenamiento actuales. Su avance publicado en un nuevo estudio, describe una estrategia novedosa para explotar fenómenos relacionados con el espín en materiales topológicos y podría impulsar varios avances en el campo de la electrónica de espín. Es más, este estudio proporciona información adicional sobre el mecanismo subyacente de los fenómenos relacionados con el espín.

La espintrónica es un campo tecnológico moderno donde el giro, o el momento angular, de electrones toma un papel principal. De hecho, Los arreglos colectivos de giro son la razón de las curiosas propiedades de los materiales magnéticos, que se utilizan popularmente en la electrónica moderna. Los investigadores han estado tratando de manipular las propiedades relacionadas con el espín en ciertos materiales, especialmente para la memoria no volátil. Memoria magnética no volátil, (MRAM) tiene el potencial de superar a la tecnología de memoria de semiconductores actual en términos de consumo de energía y velocidad.

Un equipo de investigadores de Tokyo Tech, dirigido por el profesor asociado Pham Nam Hai, publicó recientemente un estudio en el Revista de física aplicada en magnetorresistencia Hall de giro unidireccional (USMR), un fenómeno relacionado con el espín que podría usarse para desarrollar células MRAM con una estructura extremadamente simple. El efecto Hall de giro conduce a la acumulación de electrones con cierto giro en los lados laterales de un material. El efecto Hall de giro, que es particularmente fuerte en materiales conocidos como aislantes topológicos, puede resultar en un USMR gigante al combinar un aislante topológico con un semiconductor ferromagnético.

Cuando los electrones con el mismo espín se acumulan en la interfaz entre los dos materiales, debido al efecto Hall de giro (Fig.1), los espines se pueden inyectar a la capa ferromagnética y voltear su magnetización, permitiendo operaciones de escritura en memoria, lo que significa que los datos en los dispositivos de almacenamiento se pueden reescribir. Al mismo tiempo, la resistencia de la estructura compuesta cambia con la dirección de la magnetización debido al efecto USMR. La resistencia se puede medir utilizando un circuito externo, permitiendo operaciones de lectura de memoria en las que los datos se pueden leer utilizando la misma ruta actual con la operación de escritura. En combinación de materiales existente utilizando metales pesados ​​convencionales para el efecto Hall de giro, sin embargo, los cambios en la resistencia causados ​​por el efecto USMR son extremadamente bajos, muy por debajo del 1 por ciento, lo que dificulta el desarrollo de MRAM utilizando este efecto. Además, el mecanismo del efecto USMR parece variar según la combinación de material utilizado, y no está claro qué mecanismo se puede explotar para mejorar el USMR a más del 1 por ciento.

Para comprender cómo las combinaciones de materiales pueden influir en el efecto USMR, Los investigadores diseñaron una estructura compuesta que comprende una capa de arseniuro de manganeso y galio (GaMnAs, un semiconductor ferromagnético) y antimonuro de bismuto (BiSb, un aislante topológico). Con esta combinación, obtuvieron una proporción gigante de USMR del 1,1 por ciento. En particular, Los resultados mostraron que la explotación de dos fenómenos en semiconductores ferromagnéticos, dispersión magnon y dispersión por desorden de espín, puede conducir a una proporción de USMR gigante, haciendo posible utilizar este fenómeno en aplicaciones del mundo real. El Dr. Hai dice:"Nuestro estudio es el primero en demostrar que es posible obtener un índice de USMR mayor al 1 por ciento. Esto es varios órdenes de magnitud más alto que aquellos que usan metales pesados ​​para USMR. Además, nuestros resultados proporcionan una nueva estrategia para maximizar la proporción de USMR para aplicaciones prácticas de dispositivos ".

Este estudio podría jugar un papel clave en el desarrollo de la espintrónica. La estructura convencional de MRAM requiere aproximadamente 30 capas ultradelgadas, que es muy difícil de hacer. Al usar USMR para operaciones de lectura, solo se necesitan dos capas para las celdas de memoria. "Una mayor ingeniería de materiales puede mejorar aún más la relación USMR, que es esencial para los MRAM basados ​​en USMR con una estructura extremadamente simple y una lectura rápida. Nuestra demostración de un índice de USMR superior al 1 por ciento es un paso importante hacia este objetivo, "concluye el Dr. Hai.