Con la struttura PMN-PZT/Ta(4 nm)/Pt(3 nm)/IrMn(15 nm)/CoFeB(5 nm)/Ta(4 nm), (a) il bias di scambio può essere impostato in modo reversibile lungo due direzioni opposte dopo aver applicato ac E con direzioni opposte di Hext di 5000 Oe, (b) È stata dimostrata una successiva e stabile inversione di HE. (c) Illustrazione per il riallineamento della direzione invariata degli assi di spin AFM mediante la procedura di vibrazione del campo. (d) curva HE-φ, e (e) grafico polare HE-φ prima e dopo il ripristino dell'anisotropia di scambio unidirezionale in varie direzioni utilizzando la procedura di vibrazione di campo. Credito: Acta Materialia
La spintronica è una tecnologia emergente per la produzione di dispositivi elettronici che sfruttano lo spin degli elettroni e le sue proprietà magnetiche associate, invece di usare la carica elettrica di un elettrone, portare informazioni. I materiali antiferromagnetici stanno attirando l'attenzione nella spintronica, con l'aspettativa di operazioni di spin con maggiore stabilità. A differenza dei materiali ferromagnetici, in cui gli atomi si allineano lungo la stessa direzione come nei tipici magneti da frigorifero, gli atomi magnetici all'interno degli antiferromagneti hanno allineamenti di spin antiparalleli che annullano la magnetizzazione netta.
Gli scienziati hanno lavorato al controllo dell'allineamento degli atomi magnetici all'interno dei materiali antiferromagnetici per creare interruttori magnetici. Convenzionalmente, questo è stato fatto utilizzando una procedura di 'campo di raffreddamento', che riscalda e poi raffredda un sistema magnetico contenente un antiferromagnete, durante l'applicazione di un campo magnetico esterno. Però, questo processo è inefficiente per l'uso in molti dispositivi spintronici micro o nanostrutturati perché la risoluzione spaziale del processo stesso non è sufficientemente elevata per essere applicata in dispositivi su micro o nanoscala.
"Abbiamo scoperto che possiamo controllare lo stato antiferromagnetico applicando simultaneamente vibrazioni meccaniche e un campo magnetico, " afferma Jung-Il Hong dello Spin Nanotech Laboratory di DGIST. "Il processo può sostituire l'approccio convenzionale di riscaldamento e raffreddamento, che è sia scomodo che dannoso per il materiale magnetico. Speriamo che la nostra nuova procedura faciliti l'integrazione di materiali antiferromagnetici in micro e nano dispositivi basati sulla spintronica".
Hong e i suoi colleghi hanno combinato due strati:un film ferromagnetico di cobalto-ferro-boro sopra un film antiferromagnetico di iridio manganese. Gli strati sono stati cresciuti su substrati ceramici piezoelettrici. L'applicazione combinata della vibrazione meccanica e di un campo magnetico ha permesso agli scienziati di controllare ripetutamente gli allineamenti degli spin magnetici lungo qualsiasi direzione desiderata.
Il team mira a continuare la ricerca e lo sviluppo di nuove fasi magnetiche al di là dei materiali magnetici classificati convenzionalmente. "Storicamente, la scoperta di nuovi materiali ha portato allo sviluppo di nuove tecnologie, " dice Hong. "Vogliamo che il nostro lavoro di ricerca sia un seme per nuove tecnologie".
