Rautaa rajalle, vaikka ruosteisenakin

Yksinkertaistettu kaavio magneettisesta tunneliliitoksesta, jossa ei-magneettinen tunnelieste on kerrostettu kahden magneettikerroksen väliin. Rakenteessa spinit oikenevat yhteen suuntaan. 

(20.5.2020) University of Arizonan professori Weigang Wangin johtama ryhmä ehdottaa uudessa tutkimuksessa, että aiemmin tuntematon kerros on vastuussa tietyistä magneettisesta tunneliliitoksen käyttäytymisestä, jota fyysikot ovat hämmästelleet monien vuosien ajan.

Vaikka magneettitunneliliitokset ovat olleet olemassa jo noin 20 vuotta, tutkijoita hämmentää se, että mittaukset niiden "on" ja "off" -tilojen välisistä eroista ovat paljon pienempiä kuin mitä fysikaaliset ominaisuudet ennustavat. Tämä on rajoittanut magneettisien tunneliliitosten potentiaalia spintronisen laskennan rakenneosina.

Tämä mysteeri voidaan nyt selittää ohuella rautaoksidikerroksella eli ruosteella, jonka Wang ja hänen kollegansa löysivät näytteistään kahden magneettikerroksen välisestä rajapinnasta.

Tämä on hyvä uutinen siinä mielessä, että se avaa odottamattomia mahdollisuuksia toisella spintroniikan alueella.

Havaittiin, että kerros käyttäytyy antiferromagneettina, kun tunneliliitoksia testattiin lämpötiloissa -245 Celsius-astetta. Antiferromagneetteja tutkitaan intensiivisesti, koska niitä voidaan manipuloida terahertzien taajuuksilla.

Tutkimuksessa löydetty kerros voi antaa tutkijoiden ensimmäistä kertaa naittaa antiferromagneettien edut - ennennäkemättömän luku- ja kirjoitusnopeus – magneettitunneliliitoksien hallittavuuden kanssa, Wang hehkuttaa.

"Tällä tutkimuksella osoitimme ensimmäistä kertaa, että voimme muuttaa magneettisen tunneliliitoksen antiferromagneettisia ominaisuuksia sähkökentän avulla, mikä vie meidät askeleen lähemmäksi antiferromagneettisen spintroniikan käyttämistä muistitallennukseen", Wang sanoi.

Antiferromagneettisten kerrosten sisällyttäminen magneettitunneliliitoksiin voi joskus mahdollistaa insinöörien suunnitella tietokoneita, joissa informaation käsittely tapahtuu samassa paikassa kuin informaation tallennus, ihmisen aivojen tapaan.

Stevens Institute of Technologyn tutkijat ovat puolestaan kehittäneet uuden ferromagneettisen puolijohteen, joka toimii huoneenlämpötilassa.

Atomisesti ohut magneettinen puolijohde (Fe:MoS2) mahdollistaa uudenlaisten transistorien kehittämisen, jotka toimivat paitsi elektronin varauksen mutta myös sen spinin voimin. Uusi materiaali mahdollistaa kehittää transistorin, jonka sähkönkulkua hallitaan ohjaamalla elektronin spiniä joko ylös tai alas.

"Kaksiulotteinen ferromagneettinen puolijohde on materiaali, jossa ferromagneettisuus ja puolijohdeominaisuudet esiintyvät yhdessä. Koska materiaalimme toimii huoneenlämpötilassa, se antaa meille mahdollisuuden integroida se helposti vakiintuneeseen puolijohdetekniikkaan", toteaa professori Yang Eh, joka johti tätä hanketta.

Magneettinen puolijohde syntetisoitiin käyttämällä in-situ korvausseostusta. Menetelmässä molybdeenidisulfidikiteet on korvaavasti seostettu eristetyillä rauta-atomeilla. Tämän prosessin aikana rauta-atomit potkaisevat pois osan molybdeeniatomeista ja asettuvat tarkasti paikoilleen muodostaen läpinäkyvän ja joustavan magneettisen materiaalin.

Aiheista aiemmin:

Kohti spintronisia MRAM-muisteja

Lupaavia spintronisia materiaaleja

Harppaus magnetisoitumisen tutkimuksessa