Lo studio è pubblicato su Science Advances .

La spintronica antiferromagnetica ha suscitato un vasto interesse grazie al suo enorme potenziale nella creazione di memoria antiferromagnetica ultradensa e ultraveloce adatta alle moderne tecnologie dell'informazione ad alte prestazioni.

La commutazione elettrica di 180° del vettore Néel è un obiettivo a lungo termine per la produzione di memoria antiferromagnetica controllabile elettricamente utilizzando vettori Néel opposti come "0" e "1" binari. Tuttavia, i meccanismi di commutazione antiferromagnetici all'avanguardia sono stati a lungo limitati alla commutazione a 90° o 120° del vettore Néel, che inevitabilmente richiede più canali di scrittura che contraddicono l'integrazione ultradensa.

Lo studio della commutazione elettrica a 180° del vettore Néel rende l'antiferromagnete a divisione di spin un nuovo potenziale candidato per la memoria ultraveloce.

Nello specifico, nell'antiferromagnete collineare, il vettore Néel n ha due stati stabili:n₊ e n_- con barriere energetiche simmetriche. Per lasciare un'asimmetria delle barriere energetiche, il team guidato dal Prof. Liu Junwei, professore associato presso il Dipartimento di Fisica dell'HKUST, ha proposto di esercitare un campo magnetico esterno per interagire con il minuscolo momento indotto dal DMI.

Quindi, la coppia spin-orbita simile allo smorzamento può essere utilizzata per guidare il vettore Néel n ad attraversare la barriera da n₊ a n_- ma non può attraversare quello opposto (Figura 1a). Come mostrato nella Figura 1b, la simulazione del modello di spin atomico mostra che n può essere commutato deterministicamente allo stato n₊ oppure n_- in 0,1 ns. Integrando le curvature di Berry diverse da zero sulle bande di spin-splitting del modello tight-binding, le conduttività di Hall anomale mostrano un'elevata sensibilità a questi due stati n₊ e n_- , mostrato nella Figura 1c.

Negli esperimenti condotti dal Prof. Pan Feng e dal Prof. Song Cheng, della Scuola di Scienza e Ingegneria dei Materiali dell'Università di Tsinghua, le buone prestazioni cicliche del film sottile antiferromagnetico Mn5Si3 fabbricato sono mostrate nella Figura 1d, il che significa che i 180° guidati dalla corrente il passaggio al vettore Néel è robusto e sostenibile.

In effetti, il team aveva presentato alcuni anni fa in Nature Communications una nuova teoria come Spin-Valley Locking (SVL) con coppia di C. , indicando un nuovo modo per indurre la magnetizzazione nell'antiferromagnete e gettando le basi della commutazione di Néel Vector.

Rispetto ai materiali SVL convenzionali accoppiati a T, i materiali SVL accoppiati a C creano le bande di divisione dello spin mediante il forte accoppiamento di scambio tra elettroni itineranti e momenti magnetici locali invece del SOC.

Inoltre, le valli di divisione dello spin sono accoppiate con direzioni di spin opposte mediante simmetria cristallina preservata piuttosto che simmetria di inversione temporale, come mostrato nella Figura 2. In pratica, una corrente di deformazione/carica può essere esercitata per rompere leggermente o influenzare la simmetria cristallina e quindi indurre una magnetizzazione netta/corrente di spin non collineare.

Basato sullo studio teorico e sperimentale della commutazione elettrica a 180° e lettura del vettore Néel in Mn₅ Si₃ , i dispositivi di memoria AFM controllabili elettricamente sono disponibili con alta efficienza e alta riproducibilità. Questo lavoro di base ha portato alla trasformazione dell'informazione tra gradi di libertà di carica e di spin nell'antiferromagnete, aprendo la strada al rapido sviluppo della spintronica nell'industria elettronica.

Con la sua potenziale applicazione come dispositivo di archiviazione, ad esempio nel disco rigido di un computer, il materiale presenta notevoli vantaggi, tra cui velocità di lettura e scrittura migliorate, nonché una maggiore densità di archiviazione.

In futuro, il prof. Liu spera che il team esplorerà più meccanismi di commutazione e la fisica sottostante, e proverà a cercare piattaforme materiali più adatte con maggiore efficienza.