Schemi di strutture per tre tipi di schema di magnetizzazione spin-orbita-coppia indotta. (a) La prima struttura precedente in cui la magnetizzazione è perpendicolare al piano del film. (b) La seconda struttura precedente in cui la magnetizzazione è nel piano e ortogonale alla corrente di canale. (c) La nuova struttura in cui la magnetizzazione è in piano e collineare con la corrente. Credito:Shunsuke Fukami
Il gruppo di ricerca del Professor Hideo Ohno e del Professore Associato Shunsuke Fukami dell'Università di Tohoku ha sviluppato un dispositivo di memoria magnetica di nuova struttura che utilizza la commutazione della magnetizzazione indotta dalla coppia spin-orbita.
Per questi due decenni, molti sforzi sono stati dedicati allo sviluppo di memorie magnetiche ad accesso casuale (MRAM), che memorizzano informazioni come direzione di magnetizzazione di un magnete. Poiché la magnetizzazione può, essere in generale, essere invertito ad alta velocità illimitatamente, le MRAM sono considerate un sostituto promettente per le memorie di lavoro basate su semiconduttori attualmente utilizzate come le memorie statiche ad accesso casuale (SRAM) e le memorie dinamiche ad accesso casuale (DRAM), che ora stanno affrontando diversi problemi seri.
Il problema centrale dello sviluppo della MRAM è come ottenere l'inversione della magnetizzazione in modo efficiente.
Recentemente, La commutazione della magnetizzazione indotta dalla coppia spin-orbita (SOT), in cui vengono utilizzate le coppie provocate da una corrente nel piano attraverso le interazioni spin-orbita, è stata dimostrata e studiata in modo approfondito. In linea di principio, la commutazione indotta da SOT consente un'inversione di magnetizzazione ultraveloce in una scala temporale di nanosecondi.
Il gruppo di ricerca della Tohoku University ha mostrato un nuovo schema di commutazione della magnetizzazione indotta da SOT. Considerando che c'erano due tipi di schemi di commutazione in cui la magnetizzazione è diretta ortogonalmente alla corrente di scrittura applicata, la presente struttura ha la magnetizzazione dirigente collineare con la corrente. Il gruppo ha fabbricato dispositivi a tre terminali con la nuova struttura, dove viene utilizzata una giunzione tunnel magnetica a base di Ta/CoFeB/MgO, e dimostrato con successo l'operazione di commutazione.
Risultato sperimentale della resistenza rispetto alla densità di corrente applicata sotto il campo perpendicolare di -15 mT (a), e +15 mT (b). Il fatto che la direzione di commutazione dipenda dal segno del campo perpendicolare indica che la coppia spin-orbita guida l'inversione della magnetizzazione. Credito:Shunsuke Fukami
La densità di corrente richiesta per indurre la commutazione della magnetizzazione era ragionevolmente piccola e la differenza di resistenza tra gli stati "0" e "1" era ragionevolmente grande, indicando che la nuova struttura è un candidato promettente per le applicazioni MRAM.
Inoltre, il gruppo ha dimostrato che la nuova struttura ha il potenziale per fungere da strumento utile per approfondire la fisica della commutazione indotta da SOT, in cui rimangono una serie di questioni non rivelate.
Il dispositivo di memoria magnetica può memorizzare le informazioni senza alimentazione, consentendo una drastica riduzione del consumo energetico dei circuiti integrati. In particolare, questo vantaggio diventa significativo per le applicazioni che hanno tempi di attesa relativamente lunghi, come i nodi di sensori che probabilmente svolgeranno ruoli importanti nelle future società dell'IoT (Internet of Things).
A questo proposito, il presente lavoro dovrebbe aprire la strada alla realizzazione di circuiti integrati a potenza ultrabassa e ad alte prestazioni e società IoT.
