Esquemas de estructuras para tres tipos de esquema de magnetización inducida por giro-órbita-par. (a) La primera estructura anterior donde la magnetización es perpendicular al plano de la película. (b) La segunda estructura anterior donde la magnetización es en el plano y ortogonal al canal de corriente. (c) La nueva estructura donde la magnetización está en el plano y colineal con la corriente. Crédito:Shunsuke Fukami
El grupo de investigación del profesor Hideo Ohno y el profesor asociado Shunsuke Fukami de la Universidad de Tohoku ha desarrollado un dispositivo de memoria magnética de nueva estructura que utiliza conmutación de magnetización inducida por el par de giro de la órbita.
Durante estas dos décadas, se ha dedicado mucho esfuerzo al desarrollo de memorias magnéticas de acceso aleatorio (MRAM), que almacenan información como la dirección de magnetización de un imán. Dado que la magnetización puede, ser en general, ser invertido a alta velocidad de forma ilimitada, Los MRAM se consideran un sustituto prometedor de las memorias de trabajo basadas en semiconductores que se utilizan actualmente, como las memorias estáticas de acceso aleatorio (SRAM) y las memorias dinámicas de acceso aleatorio (DRAM). que ahora se enfrentan a varios problemas graves.
El tema central del desarrollo de MRAM es cómo lograr la inversión de magnetización de manera eficiente.
Recientemente, La conmutación de magnetización inducida por giro-órbita-par (SOT), donde se utilizan pares provocados por una corriente en el plano a través de las interacciones giro-órbita, se demostró y estudió intensamente. En principio, la conmutación inducida por SOT permite una inversión de magnetización ultrarrápida en una escala de tiempo de nanosegundos.
El grupo de investigación de la Universidad de Tohoku mostró un nuevo esquema de conmutación de magnetización inducida por SOT. Mientras que ha habido dos tipos de esquemas de conmutación en los que la magnetización se dirige ortogonalmente a la corriente de escritura aplicada, la estructura actual tiene la magnetización que dirige colineal con la corriente. El grupo fabricó dispositivos de tres terminales con la nueva estructura, donde se utiliza una unión de túnel magnético basada en Ta / CoFeB / MgO, y demostró con éxito la operación de conmutación.
Resultado experimental de la resistencia frente a la densidad de corriente aplicada bajo el campo perpendicular de -15 mT (a), y +15 mT (b). El hecho de que la dirección de conmutación dependa del signo del campo perpendicular indica que el par de giro de la órbita impulsa la inversión de magnetización. Crédito:Shunsuke Fukami
La densidad de corriente requerida para inducir el cambio de magnetización era razonablemente pequeña y la diferencia de resistencia entre los estados "0" y "1" era razonablemente grande. lo que indica que la nueva estructura es un candidato prometedor para las aplicaciones MRAM.
Además, el grupo demostró que la nueva estructura tiene el potencial de servir como una herramienta útil para profundizar en la física de la conmutación inducida por SOT, en el que quedan una serie de cuestiones no reveladas.
El dispositivo de memoria magnética puede almacenar la información sin fuente de alimentación, permitiendo una reducción drástica del consumo de energía de los circuitos integrados. En particular, este beneficio se vuelve significativo para aplicaciones que tienen tiempos de espera relativamente largos, como los nodos de sensores que probablemente desempeñarán funciones importantes en las futuras sociedades de IoT (Internet de las cosas).
A este respecto, Se espera que el presente trabajo allane el camino hacia la realización de circuitos integrados de potencia ultrabaja y alto rendimiento y sociedades de IoT.
