Da vari nastri magnetici, floppy disk e unità disco rigido del computer, i materiali magnetici conservano le nostre informazioni elettroniche insieme alle nostre preziose conoscenze e memorie da oltre mezzo secolo.

In anni più recenti, i nuovi tipi di fenomeni noti come magnetoresistenza, che è la tendenza di un materiale a cambiare la sua resistenza elettrica quando viene modificato un campo magnetico applicato esternamente o la propria magnetizzazione, ha trovato il suo successo nelle testine di lettura dei dischi rigidi, sensori di campo magnetico e l'astro nascente nelle tecnologie della memoria, la memoria ad accesso casuale magnetoresistivo.

Una nuova scoperta, guidato da ricercatori dell'Università del Minnesota, dimostra l'esistenza di un nuovo tipo di magnetoresistenza che coinvolge isolanti topologici che potrebbero portare a miglioramenti nell'elaborazione futura e nell'archiviazione dei computer. I dettagli della loro ricerca sono pubblicati nell'ultimo numero della rivista scientifica Comunicazioni sulla natura .

"La nostra scoperta è un pezzo mancante del puzzle per migliorare il futuro del calcolo e della memoria a bassa potenza per l'industria dei semiconduttori, tra cui elaborazione simile al cervello e chip per robot e memoria magnetica 3D, ", ha affermato Jian-Ping Wang, professore di ingegneria elettrica e informatica dell'Università del Minnesota, Robert F. Hartmann, direttore del Centro per i materiali spintronici, Interfacce, and Novel Structures (C-SPIN) con sede presso l'Università del Minnesota e coautore dello studio.

Tecnologia emergente che utilizza isolatori topologici

Sebbene la registrazione magnetica continui a dominare le applicazioni di archiviazione dei dati, la memoria magnetoresistiva ad accesso casuale sta gradualmente trovando il suo posto nel campo della memoria di calcolo. Da fuori, sono diversi dai dischi rigidi che hanno dischi rotanti meccanicamente e testine oscillanti:sono più simili a qualsiasi altro tipo di memoria. Sono chip (a stato solido) che troveresti essere saldati su circuiti stampati in un computer o dispositivo mobile.

Recentemente, è stato scoperto che un gruppo di materiali chiamati isolanti topologici migliora ulteriormente l'efficienza energetica di scrittura delle celle di memoria ad accesso casuale magnetoresistive nell'elettronica. Però, la nuova geometria del dispositivo richiede un nuovo fenomeno di magnetoresistenza per svolgere la funzione di lettura della cella di memoria nel sistema e in rete 3D.

A seguito della recente scoperta della magnetoresistenza di Hall di spin unidirezionale in un sistema di materiali a doppio strato metallico convenzionale, i ricercatori dell'Università del Minnesota hanno collaborato con i colleghi della Pennsylvania State University e hanno dimostrato per la prima volta l'esistenza di tale magnetoresistenza nei doppi strati topologici isolante-ferromagneto.

Lo studio conferma l'esistenza di tale magnetoresistenza unidirezionale e rivela che l'adozione di isolatori topologici, rispetto ai metalli pesanti, raddoppia le prestazioni di magnetoresistenza a 150 Kelvin (-123,15 Celsius). Dal punto di vista applicativo, questo lavoro fornisce il pezzo mancante del puzzle per creare un dispositivo di calcolo e memoria di tipo 3D e cross-bar proposto che coinvolga gli isolanti topologici aggiungendo la funzionalità di lettura precedentemente mancante o molto scomoda.