(Phys.org)—I ricercatori hanno dimostrato che il rivestimento di una pellicola di cobalto in grafene raddoppia l'anisotropia magnetica perpendicolare (PMA) della pellicola. in modo che raggiunga un valore 20 volte superiore a quello dei tradizionali multistrati metallici cobalto/platino che si stanno studiando per questa proprietà. In un materiale con un alto PMA, la magnetizzazione è orientata perpendicolarmente all'interfaccia degli strati del materiale. I materiali ad alto PMA sono oggetto di ricerca per le loro applicazioni in dispositivi spintronici di prossima generazione, come memorie ad alta densità e porte logiche resistenti al calore.
I ricercatori, Hongxin Yang, et al., hanno pubblicato un articolo sul gigantesco miglioramento della PMA in un recente numero di Nano lettere .

Generalmente, i dispositivi spintronici funzionano utilizzando campi magnetici ed elettrici per commutare gli spin degli elettroni tra i loro due stati, che consente agli spin di essere utilizzati come vettori di informazioni binarie. Uno degli obiettivi in ​​quest'area è ridurre le dimensioni dei dispositivi spintronici ottenendo una conservazione delle informazioni a lungo termine di oltre 10 anni. Per fare ciò, il materiale di stoccaggio deve avere un grande PMA.

"L'anisotropia magnetica perpendicolare (PMA) alle interfacce ferromagnetiche-metallo di transizione/isolante è diventata di enorme interesse nel contesto dello sviluppo di vari dispositivi spintronici, " coautore Mairbek Chshiev, fisico teorico e professore alla Joseph Fourier University di Grenoble, Francia, detto Phys.org . "Il miglioramento della PMA efficace potrebbe essere ottenuto aumentando la PMA superficiale o riducendo al minimo la magnetizzazione di saturazione dello strato di stoccaggio. Le eterostrutture di co-grafene presentate nel manoscritto beneficiano di entrambe queste proprietà".

Come spiegano i ricercatori nel loro articolo, l'aumento di PMA nei film di cobalto rivestiti di grafene ha origine a livello atomico, dove il grafene influenza l'energia dei diversi orbitali elettronici del cobalto. Il rivestimento in grafene cambia il modo in cui questi orbitali si sovrappongono tra loro, che a sua volta cambia la direzione del campo magnetico complessivo del film di cobalto:parte della magnetizzazione che originariamente era parallela alla superficie del film è ora orientata perpendicolarmente alla superficie del film.

Il cobalto rivestito di grafene ha un altro vantaggio, il che è che il film può essere reso significativamente più spesso di altri materiali ad alto PMA. Tipicamente, i materiali ad alto PMA possono avere solo cinque strati di spessore prima che il loro magnetismo perpendicolare inizi spontaneamente a riorientarsi nella direzione parallela. I ricercatori qui hanno dimostrato che il cobalto rivestito di grafene può mantenere il suo orientamento perpendicolare anche a 13 strati di spessore, che è un altro vantaggio per le applicazioni.

"Per ottimizzare ulteriormente la scalabilità verso il basso dei dispositivi spintronici, l'effettiva PMA del livello di storage deve essere massimizzata in modo che il fattore di stabilità termica rimanga sufficientemente alto da ottenere una ritenzione a lungo termine nelle applicazioni gigabit, " Disse Chshiev.

I ricercatori sperano che questi risultati, che dimostrano il grande miglioramento PMA fornito dal rivestimento in grafene, creerà strutture grafene-cobalto candidati promettenti per futuri dispositivi spintronici. Si piantano per continuare a indagare su altri materiali ad alto PMA in futuro.

"Esploreremo altre combinazioni di materiali con un basso accoppiamento spin-orbita ma alti valori di PMA per dispositivi spintronici tradizionali e di grafene in geometria verticale, comprese le giunzioni magnetiche del tunnel, "Chshiev ha detto. "Saranno esplorati anche i fenomeni di spin orbitronica nei dispositivi a base di grafene laterale".

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