La conmutación de magnetización del par de giro en órbita (SOT) es un fenómeno inducido por una corriente de giro, que a su vez es generado por una corriente de carga. Provocar este fenómeno podría ayudar a manipular la magnetización en dispositivos espintrónicos, potencialmente aumentando su rendimiento.

A pesar de sus posibles ventajas, hasta aquí, Se ha descubierto que la mayoría de los sistemas ferromagnéticos de torsión en órbita giratoria están limitados en su velocidad de operación. principalmente debido a su dinámica de magnetización inherente. Algunos estudios sugirieron que los materiales antiferromagnéticos y ferrimagnéticos, que contienen grupos de átomos con momentos magnéticos opuestos, podría ayudar a superar esta limitación, permitiendo una dinámica de giro más rápida.

Un equipo de investigación de la Universidad Nacional de Singapur ha estado llevando a cabo una investigación que investiga la conmutación de par de giro en órbita en ferrimagnetos compensados ​​durante varios años. En un estudio reciente presentado en Electrónica de la naturaleza , lograron con éxito la conmutación de magnetización SOT ultrarrápida en dispositivos de aleación ferrimagnética de cobalto-gadolinio (CoGd).

"Hemos estado trabajando en la conmutación de magnetización inducida por corriente en varios materiales magnéticos, "Kaiming Cai, uno de los investigadores que realizó el estudio, dijo a TechXplore. "Nuestro trabajo reciente demuestra directamente el funcionamiento ultrarrápido de la conmutación de magnetización en un dispositivo ferrimagnético CoGd, combinado con un bajo consumo de energía ".

En sus estudios anteriores, los investigadores identificaron una serie de fenómenos físicos característicos que ocurren en ferrimagnetos. Por ejemplo, encontraron que estos materiales exhiben eficiencias de SOT mejoradas debido a una propiedad conocida como interacción de intercambio negativo. Más recientemente, Hyunsoo Yang, quién dirigió el equipo de investigación, y algunos de sus colegas también observaron una longitud de coherencia de espín larga y características de torsión de volumen en una multicapa ferrimagnética.

"Nuestros trabajos anteriores destacaron fuertes pares inducidos por corriente y alta eficiencia de conmutación en dispositivos ferrimagnet SOT, ", Dijo Yang." En nuestro nuevo estudio, Queríamos desvelar la física subyacente de la alta eficiencia de SOT en ferrimagnetos compensados. Desde el punto de vista de la aplicación, diseñamos una memoria de subnanosegundos y de bajo consumo basada en ferrimagnetos ".

La conmutación ultrarrápida y energéticamente eficiente es una propiedad inherente de los materiales ferrimagnéticos. Los enlaces Co-Gd acoplados antiferromagnéticamente en el material investigado por Yang y sus colegas aceleran la transferencia del momento angular del espín, lo que da como resultado una conmutación más rápida para dispositivos ferrimagnet SOT.

Los investigadores recopilaron mediciones de resolución temporal utilizando una técnica de sonda de bomba estroboscópica. Esto les permitió observar directamente la dinámica de conmutación de SOT a lo largo del tiempo, posteriormente comparándolos con los observados en materiales ferromagnéticos.

"En nuestros experimentos, pudimos medir la duración de la corriente de pulso y el tiempo de conmutación directamente, "Dijo Yang." Los dispositivos ferrimagnéticos pueden ser conmutados por un pulso de corriente de sub-nanosegundos dentro de un tiempo de conmutación de sub-nanosegundos. Además, extrajimos la velocidad de la pared de dominio durante el cambio de SOT ".

Al ajustar la composición de la aleación ferrimagnet, Yang y sus colegas pudieron reducir el tiempo de conmutación en el dispositivo ferrimagnético CoGd a sub-nanosegundos, logrando una velocidad de pared de dominio de 5.7 km / s. Notablemente, esta es una de las velocidades de pared de dominio inducidas por corriente más altas a temperatura ambiente reportadas hasta ahora en la literatura.

"Reducir simultáneamente el tiempo de conmutación y la potencia en los dispositivos de memoria modernos es ahora de suma importancia, ", Dijo Cai." Hemos demostrado un tiempo de conmutación de subnanosegundos y un consumo de energía que es de uno a dos órdenes de magnitud más bajo que el de los sistemas SOT ferromagnéticos convencionales ".

Los hallazgos podrían tener varias implicaciones, tanto para futuras investigaciones como para el desarrollo de nuevos dispositivos. De hecho, además de proporcionar nuevos conocimientos sobre la conmutación SOT en materiales ferrimagnéticos, su trabajo introduce un nuevo ultrarrápido, Dispositivo energéticamente eficiente y muy prometedor.

En el futuro, el dispositivo presentado en su estudio podría usarse para diseñar memorias no volátiles, que potencialmente podría reemplazar las memorias caché utilizadas en muchas CPU actuales, en última instancia, allanando el camino para aplicaciones informáticas en memoria efectivas. Teniendo en cuenta que en 1998 se comercializaron materiales ferrimagnéticos similares para discos magnetoópticos y se aplicaron en una escala de gigabytes a principios de la década de 2000, el dispositivo podría resultar una ruta comercial viable para las tecnologías de memoria.

Si bien las pruebas iniciales realizadas por Yang y sus colegas demuestran el potencial de su dispositivo, Todavía es necesario abordar varios problemas antes de que se pueda implementar a gran escala. Por ejemplo, habilitar la conmutación determinista en el dispositivo actualmente requiere un campo magnético externo, lo que limita en gran medida su uso en aplicaciones de memoria de acceso aleatorio magnetorresistivo (MRAM) SOT.

"Eliminar la necesidad del campo magnético externo será una de las direcciones clave para nuestro trabajo de investigación futuro, ", Dijo Yang." Esto se puede lograr mediante la ingeniería de materiales y estructuras de dispositivos. Mientras tanto, trabajaremos para lograr una conmutación más rápida y con mayor eficiencia energética, lo que podría ayudarnos a realizar el cambio de SOT con la escala de tiempo hasta decenas de picosegundos o incluso varios picosegundos en régimen ".

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