I dispositivi di memoria tradizionali sono volatili e quelli attuali non volatili si affidano a materiali ferromagnetici o ferroelettrici per l'archiviazione dei dati. Nei dispositivi ferromagnetici, i dati vengono scritti o archiviati allineando i momenti magnetici, mentre nei dispositivi ferroelettrici, l'archiviazione dei dati si basa sull'allineamento dei dipoli elettrici.
Tuttavia, generare e manipolare i campi magnetici richiede un consumo elevato di energia e, nei dispositivi di memoria ferroelettrici, la lettura dei dati distrugge lo stato polarizzato, richiedendo la riscrittura della cella di memoria.
I materiali multiferroici, che contengono sia ordini ferroelettrici che ferromagnetici, offrono una soluzione promettente per una tecnologia di memoria più efficiente e versatile. BiFeO3 sostituito con cobalto (BiFe0,9 Co0.1 O3 , BFCO) è un materiale multiferroico che presenta un forte accoppiamento magnetoelettrico, il che significa che i cambiamenti nella polarizzazione elettrica influenzano la magnetizzazione.
Di conseguenza, i dati possono essere scritti utilizzando campi elettrici, che sono più efficienti dal punto di vista energetico rispetto alla generazione di campi magnetici, e letti utilizzando campi magnetici, che evitano il processo di lettura distruttivo.
Costituendo una pietra miliare significativa per i dispositivi di memoria multiferroici, un team di ricercatori guidato dal professor Masaki Azuma e dal professore assistente Kei Shigematsu del Tokyo Institute of Technology in Giappone ha sviluppato con successo nanodot con singoli domini ferroelettrici e ferromagnetici.
"Nel cluster di ricerca collaborativa Sumitomo Chemical Next-Generation Eco-Friendly Devices all'interno dell'Istituto per la ricerca innovativa presso l'Istituto di tecnologia di Tokyo, c'è un focus sui materiali multiferroici che mostrano risposte di correlazione incrociata tra proprietà magnetiche ed elettriche basate sui principi di forte sistemi elettronici correlati.
"Il centro mira a sviluppare materiali e processi per dispositivi di memoria magnetica non volatile a basso consumo di prossima generazione, nonché a condurre valutazioni di affidabilità e implementazione sociale", afferma Azuma.
Nel loro studio pubblicato sulla rivista ACS Applied Materials &Interfaces il 9 aprile 2024, i ricercatori hanno utilizzato la deposizione laser pulsata per depositare BFCO multiferroico su un materiale conduttivo Nb:SrTiO3 (001) substrato. Hanno controllato il processo di deposizione utilizzando maschere di ossido di alluminio anodizzato (AAO) con dimensioni dei pori regolabili, ottenendo nanopunti con diametro di 60 nm e 190 nm.
BFCO è un'opzione promettente per dispositivi di memoria magnetica non volatile a bassa potenza poiché la sua direzione di magnetizzazione può essere invertita con un campo elettrico. Osservando le direzioni di polarizzazione e magnetizzazione utilizzando rispettivamente la microscopia a forza di risposta piezoelettrica e la microscopia a forza magnetica, i ricercatori hanno scoperto che i nanodot mostrano strutture di domini ferroelettrici e ferromagnetici correlate.
È interessante notare che, confrontando nanopunti di diverse dimensioni, hanno notato differenze significative. Il nanopunto più piccolo da 60 nm, realizzato utilizzando una maschera AAO di acido ossalico, mostrava singoli domini ferroelettrici e ferromagnetici, dove le direzioni di polarizzazione e magnetizzazione sono uniformi ovunque.
Tuttavia, il nanopunto più grande da 190 nm, formato utilizzando una maschera AAO di acido malonico, aveva strutture ferroelettriche e magnetiche a vortice multidominio che indicavano un forte accoppiamento magnetoelettrico.
"Una tale struttura a dominio singolo di ferroelettricità e ferromagnetismo sarebbe una piattaforma ideale per studiare il BFCO come dispositivo di memoria di lettura magnetica che scrive campi elettrici, e le strutture multidominio offrono un terreno di gioco per la ricerca fondamentale", afferma Shigematsu.
I dispositivi di memoria magnetica non volatile sono fondamentali per varie applicazioni elettroniche poiché conservano le informazioni memorizzate anche quando l'alimentazione è spenta. Con la loro composizione unica di singoli domini ferromagnetici e ferroelettrici, i nanodot BFCO da 60 nm mostrano un grande potenziale per la creazione di dispositivi di memoria magnetica che richiedono energia elettrica minima per le operazioni di scrittura e lettura.
Ulteriori informazioni: Keita Ozawa et al, Array di nanodoti di dominio ferroelettrico e ferromagnetico singolo o vorticoso di BiFe0.9Co0.1O3 magnetoelettrico, Materiali e interfacce applicati ACS (2024). DOI:10.1021/acsami.4c01232
Informazioni sul giornale: Materiali e interfacce applicati a ACS
Fornito dal Tokyo Institute of Technology
