Los dispositivos de memoria tradicionales son volátiles y los actuales no volátiles dependen de materiales ferromagnéticos o ferroeléctricos para el almacenamiento de datos. En los dispositivos ferromagnéticos, los datos se escriben o almacenan alineando momentos magnéticos, mientras que en los dispositivos ferroeléctricos, el almacenamiento de datos se basa en la alineación de dipolos eléctricos.
Sin embargo, generar y manipular campos magnéticos consume mucha energía y, en los dispositivos de memoria ferroeléctricos, la lectura de datos destruye el estado polarizado, lo que requiere que la celda de memoria se vuelva a escribir.
Los materiales multiferroicos, que contienen órdenes ferroeléctricas y ferromagnéticas, ofrecen una solución prometedora para una tecnología de memoria más eficiente y versátil. BiFeO3 sustituido con cobalto (BiFe0,9 Co0,1 O3 , BFCO) es un material multiferroico que exhibe un fuerte acoplamiento magnetoeléctrico, lo que significa que los cambios en la polarización eléctrica afectan la magnetización.
Como resultado, los datos se pueden escribir utilizando campos eléctricos, lo que es más eficiente energéticamente que generar campos magnéticos, y leer utilizando campos magnéticos, lo que evita el proceso de lectura destructivo.
En un hito importante para los dispositivos de memoria multiferroica, un equipo de investigadores dirigido por el profesor Masaki Azuma y el profesor asistente Kei Shigematsu del Instituto de Tecnología de Tokio en Japón ha desarrollado con éxito nanopuntos con dominios ferroeléctricos y ferromagnéticos únicos.
"En el grupo de investigación colaborativa de dispositivos ecológicos de próxima generación de Sumitomo Chemical dentro del Instituto de Investigación Innovadora del Instituto de Tecnología de Tokio, se centra en materiales multiferroicos que exhiben respuestas de correlación cruzada entre propiedades magnéticas y eléctricas basadas en los principios de sistemas de electrones correlacionados.
"El centro tiene como objetivo desarrollar materiales y procesos para dispositivos de memoria magnética no volátil de baja potencia de próxima generación, así como realizar evaluaciones de confiabilidad e implementación social", dice Azuma.
En su estudio publicado en la revista ACS Applied Materials &Interfaces El 9 de abril de 2024, los investigadores utilizaron la deposición por láser pulsado para depositar BFCO multiferroico en un Nb:SrTiO3 conductor. (001) sustrato. Controlaron el proceso de deposición mediante el uso de máscaras de óxido de aluminio anodizado (AAO) con tamaños de poro ajustables, lo que dio como resultado nanopuntos con diámetros de 60 nm y 190 nm.
BFCO es una opción prometedora para dispositivos de memoria magnética no volátil y de baja potencia, ya que su dirección de magnetización se puede invertir con un campo eléctrico. Al observar las direcciones de polarización y magnetización utilizando microscopía de fuerza piezorrespuesta y microscopía de fuerza magnética, respectivamente, los investigadores descubrieron que los nanopuntos exhiben estructuras de dominio ferroeléctrico y ferromagnético correlacionadas.
Curiosamente, al comparar nanopuntos de diferentes tamaños, notaron diferencias significativas. El nanopunto más pequeño de 60 nm, elaborado con una máscara AAO de ácido oxálico, mostró dominios ferroeléctricos y ferromagnéticos únicos, donde las direcciones de polarización y magnetización son uniformes en todas partes.
Sin embargo, el nanopunto más grande de 190 nm, formado usando una máscara AAO de ácido malónico, tenía estructuras ferroeléctricas y magnéticas de vórtice multidominio que indicaban un fuerte acoplamiento magnetoeléctrico.
"Esta estructura de dominio único de ferroelectricidad y ferromagnetismo sería una plataforma ideal para investigar BFCO como un dispositivo de memoria de lectura magnética de escritura de campo eléctrico, y las estructuras de dominio múltiple ofrecen un campo de juego para la investigación fundamental", dice Shigematsu. P>
Los dispositivos de memoria magnética no volátil son cruciales para diversas aplicaciones electrónicas, ya que retienen la información almacenada incluso cuando se corta la energía. Con su composición única de dominios ferromagnéticos y ferroeléctricos únicos, los nanopuntos BFCO de 60 nm muestran un gran potencial para crear dispositivos de memoria magnética que requieren energía eléctrica mínima para las operaciones de escritura y lectura.
Más información: Keita Ozawa et al, Matriz de nanopuntos de dominio ferromagnético y ferroeléctrico único o de vórtice de BiFe0.9Co0.1O3 magnetoeléctrico, Interfaces y materiales aplicados ACS (2024). DOI:10.1021/acsami.4c01232
Información de la revista: Interfaces y materiales aplicados de ACS
Proporcionado por el Instituto de Tecnología de Tokio
