Un equipo de investigación dirigido por la Universidad de Ciencia y Tecnología de Hong Kong (HKUST) y la Universidad de Tsinghua ha propuesto teóricamente un nuevo mecanismo de conmutación eléctrica de 180° del vector Néel y lo ha realizado experimentalmente en materiales antiferromagnéticos con estructura de banda de división de espín que presenta el C- bloqueo de valle de giro emparejado, también conocido como alterimán. El equipo también demostró la capacidad del material para manipular el vector Néel, allanando el camino para la fabricación de dispositivos de memoria ultrarrápidos.
El estudio se publica en Science Advances .
La espintrónica antiferromagnética ha despertado un gran interés debido a su enorme potencial para crear memoria antiferromagnética ultradensa y ultrarrápida adecuada para tecnologías de la información modernas de alto rendimiento.
La conmutación eléctrica de 180° del vector de Néel es un objetivo a largo plazo para producir una memoria antiferromagnética controlable eléctricamente utilizando vectores de Néel opuestos como "0" y "1" binarios. Sin embargo, los mecanismos de conmutación antiferromagnéticos de última generación se han limitado durante mucho tiempo a una conmutación de 90° o 120° del vector de Néel, lo que inevitablemente requiere múltiples canales de escritura que contradicen la integración ultradensa.
El estudio de la conmutación eléctrica de 180° del vector de Néel convierte al antiferroimán de división de espín en un nuevo candidato potencial para la memoria ultrarrápida.
Específicamente, en antiferroimán colineal, el vector de Néel n tiene dos estados estables:n+ y n- con barreras de energía simétricas. Para dejar una asimetría en las barreras energéticas, el equipo dirigido por el Prof. Liu Junwei, profesor asociado del Departamento de Física de HKUST, propuso ejercer un campo magnético externo para interactuar con el diminuto momento inducido por DMI.
Luego, el par de órbita de giro similar a la amortiguación se puede utilizar para hacer que el vector de Néel n cruce la barrera desde n+ a n- pero no puede cruzar el opuesto (Figura 1a). Como se muestra en la Figura 1b, la simulación del modelo de espín atómico muestra que n se puede cambiar de manera determinista al estado n+ o n- en 0,1 ns. Al integrar las curvaturas de Berry distintas de cero en las bandas de división de espín del modelo de unión estrecha, las conductividades anómalas de Hall muestran una alta sensibilidad a estos dos estados n+ y n- , como se muestra en la Figura 1c.
En experimentos dirigidos por el Prof. Pan Feng y el Prof. Song Cheng, de la Escuela de Ciencia e Ingeniería de Materiales de la Universidad de Tsinghua, en la Figura 1d se muestra el buen rendimiento cíclico de la película delgada antiferromagnética Mn5Si3 fabricada, lo que significa que la corriente impulsada a 180° El cambio de Néel vector es sólido y sostenible.
De hecho, el equipo había presentado una nueva teoría como bloqueo de valle de giro par C (SVL) hace unos años en Nature Communications. , indicando una nueva forma de inducir la magnetización en antiferromagnéticos y sentando las bases de la conmutación de Néel Vector.
En comparación con los materiales SVL de pares T convencionales, los materiales SVL de pares C crean bandas de división de espín mediante el fuerte acoplamiento de intercambio entre electrones itinerantes y momentos magnéticos locales en lugar de SOC.
Además, los valles de división del espín están emparejados con direcciones de espín opuestas mediante la simetría del cristal preservada en lugar de la simetría de inversión del tiempo, como se muestra en la Figura 2. En la práctica, se puede ejercer una corriente de tensión/carga para romper o afectar ligeramente la simetría del cristal y por lo tanto, induce una magnetización neta/corriente de espín no colineal.
Basado en el estudio teórico y experimental de la conmutación eléctrica de 180° y la lectura del vector de Néel en Mn5 Si3 , los dispositivos de memoria AFM controlables eléctricamente están disponibles con alta eficiencia y alta reproducibilidad. Este trabajo básico logró la transformación de la información entre los grados de libertad de carga y espín en antiferromagnéticos, allanando el camino para el rápido desarrollo de la espintrónica en la industria electrónica.
Con su posible aplicación como dispositivo de almacenamiento, como en el disco duro de una computadora, el material presenta beneficios notables que incluyen velocidades mejoradas de lectura y escritura, así como una mayor densidad de almacenamiento.
En el futuro, el profesor Liu espera que el equipo explore más mecanismos de conmutación y la física subyacente, e intente buscar plataformas materiales más adecuadas y con mayor eficiencia.
Más información: Lei Han et al, Conmutación eléctrica de 180° del vector de Néel en un antiferroimán de división de espín, Avances científicos (2024). DOI:10.1126/sciadv.adn0479
Información de la revista: Comunicaciones sobre la naturaleza , Avances científicos
Proporcionado por la Universidad de Ciencia y Tecnología de Hong Kong
