Un gruppo di ricerca guidato dall'Università di Osaka ha scoperto un nuovo principio per realizzare una memoria magnetica ultra efficiente dal punto di vista energetico controllando elettricamente le forme degli atomi.

Memoria magnetica non volatile che utilizza magneti di dimensioni nanometriche, MRAM (memoria ad accesso casuale magnetoresistivo), l'inversione di magnetizzazione richiesta applicando la tensione. Così, è preferibile l'inversione di magnetizzazione ultra-efficiente dal punto di vista energetico in nanosecondi. Però, figura di merito della tecnologia attuale, anisotropia magnetica controllata in tensione (VCMA), era inferiore a un decimo del livello necessario per l'applicazione. È importante sviluppare l'effetto VCMA utilizzando i nuovi materiali.

Professore Associato Shinji MIWA presso l'Università di Osaka, Dr. Motohiro SUZUKI presso il Japan Synchrotron Radiation Research Institute, Professore assistente Masahito TSUJIKAWA presso l'Università di Tohoku, Dr. Takayuki NOZAKI presso l'Istituto Nazionale di Scienze e Tecnologie Industriali Avanzate, e il Dr. Tadakatsu OHKUBO presso l'Istituto Nazionale per la Scienza dei Materiali, ha realizzato uno strato monoatomico di platino posto su ferro ferromagnetico (sistema FePt|MgO) che è stato controllato a livello atomico. (Figura 1. Sinistra)

Poiché esiste una correlazione tra un'interazione spin-orbita e un VCMA, questo gruppo si è concentrato su FePt|MgO, che contiene platino con grandi interazioni spin-orbita. Usando il FePt|MgO, questo gruppo ha condotto esperimenti per chiarire il VCMA alle linee di luce dei raggi X nell'impianto di radiazione di sincrotrone SPring-8. (Figura 1. Destra)

Da questi esperimenti e calcoli teorici, questo gruppo ha scoperto che il sistema FePt|MgO che ha dimostrato un VCMA di 140 fJ/Vm aveva due meccanismi diversi e potenzialmente possiede un enorme VCMA oltre 1, 000 fJ/Vm. (Figura 2.)

Questo gruppo ha osservato cambiamenti nel termine del dipolo magnetico per voltaggio nell'esperimento a SPring-8. Da calcoli teorici, E 'stato trovato che, nel sistema FePt|MgO, i VCMA del meccanismo A convenzionalmente noto (il momento magnetico orbitale induttivo) e il meccanismo B recentemente scoperto (termine dipolo magnetico induttivo) sono stati parzialmente annullati l'uno dall'altro, risultando in un VCMA di 140 fJ/Vm.

Come mostrato in Figura 2, I meccanismi A e B hanno un valore VCMA di 1, 000 fJ/Vm o più, quindi la progettazione di materiali per creare un effetto sinergico consentirà lo sviluppo di materiali con un VCMA di 1, 000 fJ/Vm o più.

L'utilizzo dei risultati di questo gruppo nella progettazione dei materiali consentirà di ottenere un VCMA 10 volte maggiore di quello dei materiali esistenti, che consentirà una memoria non volatile a risparmio energetico che può ridurre la generazione di calore.