I materiali antiferromagnetici, materiali in cui gli atomi sono disposti in modo che tutti gli atomi vicini siano antiparalleli (cioè rivolti nella direzione opposta) ad essi, possono avere diverse proprietà vantaggiose per lo sviluppo di dispositivi. A causa della loro dinamica di rotazione rapida e dei campi vaganti trascurabili, potrebbero essere particolarmente favorevoli per la creazione di dispositivi di memoria ad alta velocità con molta capacità di archiviazione e basso consumo energetico.

Prima che ciò possa accadere, tuttavia, gli ingegneri devono essere in grado di rilevare e controllare in modo efficiente la corrente elettrica e la rotazione dei momenti (cioè la misura della tendenza di una forza a far ruotare un corpo) nei materiali antiferromagnetici. Finora, questo si è rivelato impegnativo, in particolare utilizzando i metodi di misurazione convenzionali.

I ricercatori della Tsinghua University, della ShanghaiTech University e della Beijing University of Technology hanno recentemente ideato un nuovo metodo per controllare la corrente di spin e i momenti antiferromagnetici nei materiali antiferromagnetici. Nel loro articolo, pubblicato su Nature Electronics , lo hanno specificamente dimostrato usando il doppio strato (Bi,Sb)₂ Te₃ /α-Fe₂ O₃ , una struttura che contiene un isolante topologico e un isolante antiferromagnetico.

"Il nostro lavoro recente si basa su uno dei nostri documenti precedenti, pubblicato in Physical Review Letters (PRL ),", ha detto a TechXplore Cheng Song, uno dei ricercatori che hanno condotto lo studio. "Nel PRL carta, abbiamo dimostrato la commutazione del momento antiferromagnetico con la corrente di spin dall'effetto Hall di spin. Nel nostro nuovo studio, abbiamo voluto mostrare l'interazione tra i momenti antiferromagnetici e la corrente di spin degli stati di superficie topologici, poiché lo stato di superficie topologico sarebbe più efficiente nella conversione di carica-spin."

Song e i suoi colleghi hanno mostrato che l'orientamento dei momenti antiferromagnetici nel componente isolante antiferromagnetico del loro campione (α-Fe₂ O₃ ) potrebbe modulare la riflessione della corrente di spin all'interfaccia con (Bi,Sb)₂ Te₃ strato. Di conseguenza, il momento di rotazione nel materiale antiferromagnetico potrebbe essere controllato tramite la corrente di spin, in particolare attraverso una gigantesca coppia di spin-orbita generata dal (Bi,Sb)₂ Te₃ stato superficiale topologico dello strato.

"La corrente di rotazione può essere generata tramite stati superficiali topologici da isolanti topologici, quindi essere iniettata negli isolanti antiferromagnetici adiacenti", ha spiegato Song. "L'efficiente conversione della carica di spin può determinare un'ampia risposta alla magnetoresistenza (controllo dell'antiferromagnete della corrente di spin) e una bassa densità di corrente di commutazione (controllo della corrente di rotazione dell'antiferromagnet)."

Negli esperimenti iniziali, Song e i suoi colleghi hanno scoperto che il loro metodo consentiva loro di controllare con successo i momenti antiferromagnetici nel loro campione di materiale. Hanno anche registrato una densità di corrente di commutazione molto promettente (cioè un parametro molto importante per lo sviluppo dei dispositivi di memoria).

"Usando composizioni Sb, abbiamo sintonizzato il livello di Fermi e la risultante magnetoresistenza a temperatura ambiente (osservata in una regione molto ristretta)", ha detto Song. "L'Sb ~0,75 corrisponde al livello di Fermi che si trova sul punto Dirac, portando a una bassa densità di corrente di commutazione di ~10^6 A cm^-2."

I risultati raccolti da questo team di ricercatori evidenziano il potenziale valore del loro approccio per ottenere un maggiore controllo sui dispositivi basati su materiali antiferromagnetici. In futuro, sperano che questo apra la strada alla generazione di nuovi dispositivi di memoria ad accesso casuale di prossima generazione.

"Nei nostri prossimi studi, proveremo a combinare un isolante topologico con una memoria ad accesso casuale antiferromagnetico", ha aggiunto Song. "Prevediamo inoltre di consentire la lettura tramite giunzioni di tunnel magnetici e la scrittura tramite stati di superficie topologici". + Esplora ulteriormente

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