En un artículo publicado en Nature Communications , un equipo internacional dirigido por investigadores del grupo Nanodispositivos del CIC nanoGUNE logró la conmutación y lectura de magnetización basada en voltaje de nanodispositivos magnetoeléctricos de órbita de espín. Este estudio constituye una prueba de principio de estos nanodispositivos, que son los componentes básicos de la lógica de la órbita de espín magnetoeléctrica (MESO), y abren una nueva vía para tecnologías de bajo consumo más allá de CMOS.
Se ha propuesto una vía para la conmutación del magnetismo basada en voltaje y sin campos magnéticos utilizando materiales magnetoeléctricos que exhiben más de una de las propiedades ferroicas primarias en la misma fase. Entre varias combinaciones posibles, se espera que la coexistencia de ferroelectricidad y ferromagnetismo permita el control de la magnetización mediante la conmutación de la polarización ferroeléctrica con un campo eléctrico.
En esta categoría, la ferrita de bismuto (BiFeO3 ) ha sido el material más estudiado y muestra un estrecho acoplamiento entre los órdenes antiferromagnético y ferroeléctrico a temperatura ambiente.
El camino hacia los dispositivos multiferroicos ha sido largo y tortuoso y se han reportado escasos resultados. Sin embargo, se espera que dichos dispositivos puedan reducir las energías de escritura de magnetización al rango de attojulios, una mejora de varios órdenes de magnitud en comparación con los dispositivos de última generación basados en corriente.
Esta fuerza impulsora llevó a la reciente propuesta de lógica MESO, que sugiere un nanodispositivo basado en espín adyacente a un multiferroico, donde la magnetización se conmuta únicamente con un pulso de voltaje y se lee eléctricamente mediante fenómenos de conversión de corriente de espín a carga (SCC).
Ahora, un equipo de investigadores ha demostrado la implementación experimental de dicho dispositivo. El equipo fabricó nanodispositivos SCC en BiFeO3 y analizó la reversibilidad de la magnetización del CoFe ferromagnético utilizando una combinación de piezorespuesta y microscopía de fuerza magnética, donde el estado de polarización del BiFeO3 y la magnetización de CoFe se muestran al cambiar.
Luego, los investigadores correlacionaron esto con experimentos de SCC totalmente eléctricos en los que se aplicaron pulsos de voltaje para cambiar el BiFeO3. , invirtiendo la magnetización de CoFe (escritura) y se midieron diferentes voltajes de salida SCC dependiendo de la dirección de magnetización (lectura).
Los resultados publicados respaldan la conmutación y lectura de magnetización basada en voltaje en nanodispositivos a temperatura ambiente, posible gracias al acoplamiento de intercambio entre BiFeO3 multiferroico. y CoFe ferromagnético, para escritura, y SCC entre CoFe y Pt, para lectura.
Si bien se requiere más trabajo en términos de controlabilidad y reproducibilidad de la conmutación, específicamente en lo que respecta a las texturas ferroeléctricas y magnéticas en BiFeO3 , estos resultados proporcionan un paso clave hacia el control del voltaje de la magnetización en imanes a nanoescala, esencial para futuros dispositivos de memoria y lógica basados en espín de baja potencia.
Más información: Diogo C. Vaz et al, Conmutación y lectura de magnetización basada en voltaje en nanodispositivos magnetoeléctricos de órbita de espín, Nature Communications (2024). DOI:10.1038/s41467-024-45868-x
Información de la revista: Comunicaciones sobre la naturaleza
Proporcionado por Elhuyar Fundazioa
