Un team di ricercatori internazionali guidati da ingegneri della National University of Singapore (NUS) ha inventato un nuovo dispositivo magnetico per manipolare le informazioni digitali in modo 20 volte più efficiente e con una stabilità 10 volte superiore rispetto alle memorie digitali spintronice commerciali. Il nuovo dispositivo di memoria spintronica utilizza ferrimagneti ed è stato sviluppato in collaborazione con i ricercatori del Toyota Technological Institute, Nagoya, e Università della Corea, Seul.

Questa svolta ha il potenziale per accelerare la crescita commerciale della memoria basata su spin. "La nostra scoperta potrebbe fornire una nuova piattaforma di dispositivi all'industria spintronica, che attualmente lotta con problemi di instabilità e scalabilità a causa dei sottili elementi magnetici utilizzati, ", ha affermato il Professore Associato Yang Hyunsoo del Dipartimento di Ingegneria Elettrica e Informatica del NUS, che ha guidato il progetto.

L'invenzione di questa nuova memoria spintronica è stata riportata per la prima volta sulla rivista Materiali della natura il 3 dicembre 2018.

La crescente domanda di nuove tecnologie di memoria

Oggi, le informazioni digitali vengono generate in quantità senza precedenti in tutto il mondo, e come tale vi è una crescente domanda di low cost, a bassa potenza, altamente stabile, e prodotti informatici e di memoria altamente scalabili. Un modo in cui questo viene raggiunto è con nuovi materiali spintronici, dove i dati digitali sono memorizzati in stati magnetici su o giù di minuscoli magneti. Però, mentre i prodotti di memoria spintronica esistenti basati su ferromagneti riescono a soddisfare alcune di queste esigenze, sono ancora molto costosi a causa di problemi di scalabilità e stabilità.

"Le memorie basate su ferromagneti non possono essere coltivate oltre alcuni nanometri di spessore poiché la loro efficienza di scrittura decade esponenzialmente con l'aumentare dello spessore. Questo intervallo di spessore è insufficiente per garantire la stabilità dei dati digitali memorizzati rispetto alle normali variazioni di temperatura, " ha spiegato il dottor Yu Jiawei, che è stata coinvolta in questo progetto mentre perseguiva i suoi studi di dottorato presso NUS.

Una soluzione ferrimagnetica

Per affrontare queste sfide, il team ha fabbricato un dispositivo di memoria magnetica utilizzando un'interessante classe di materiale magnetico:i ferrimagneti. In modo cruciale, è stato scoperto che i materiali ferrimagnetici possono essere cresciuti 10 volte più spessi senza compromettere l'efficienza complessiva di scrittura dei dati.

"Lo spin della corrente che trasporta gli elettroni, che sostanzialmente rappresenta i dati che vuoi scrivere, sperimenta una resistenza minima nei ferrimagneti. Immagina la differenza di efficienza quando guidi la tua auto su un'autostrada a otto corsie rispetto a una stretta corsia cittadina. Mentre un ferromagnete è come una strada cittadina per la rotazione di un elettrone, un ferrimagnet è un'accogliente autostrada dove la sua rotazione o le informazioni sottostanti possono sopravvivere per una distanza molto lunga, " ha spiegato il signor Rahul Mishra, che faceva parte del gruppo di ricerca e attualmente dottorando con il gruppo.

Utilizzando una corrente elettronica, i ricercatori del NUS sono stati in grado di scrivere informazioni in un elemento di memoria ferrimagnet che era 10 volte più stabile e 20 volte più efficiente di un ferromagnete.

Per questa scoperta, Il team del Professore Associato Yang ha approfittato della disposizione atomica unica in un ferrimagnete. "Nei ferrimagneti, i magneti atomici vicini sono opposti l'uno all'altro. Il disturbo causato da un atomo a uno spin in entrata è compensato da quello successivo, e di conseguenza le informazioni viaggiano più velocemente e più lontano con meno energia. Ci auguriamo che l'industria dell'informatica e dell'archiviazione possa trarre vantaggio dalla nostra invenzione per migliorare le prestazioni e le capacità di conservazione dei dati delle memorie spin emergenti, ", ha affermato il Professore Associato Yang.

Prossimi passi

Il team di ricerca NUS sta ora pianificando di esaminare la velocità di scrittura e lettura dei dati del proprio dispositivo. Si aspettano che le proprietà atomiche distintive del loro dispositivo si traducano anche nelle sue prestazioni ultraveloci. Inoltre, stanno anche pianificando di collaborare con partner del settore per accelerare la traduzione commerciale della loro scoperta.