divendres, 6 d’abril de 2018

Efecte de commutació de camp zero (ZFS) en un dispositiu nanomagnètic

Un fenomen inesperat conegut com a canvi de camp zero (ZFS) pot permetre fer dispositius informàtics de memòries més petites i de menor potència que les actualment possibles. La imatge mostra una capa de platí (Pt), tungstè (W), i un imant de bor d'òxid de cobalt (CoFeB) emparellat en els extrems per un elèctrode d'or (Au) en una superfície de silici (Si). Les fletxes grises mostren la direcció general del corrent elèctric injectat a l'estructura de la part posterior del contacte d'or (Au) i surt el contacte frontal d'or.

Efecte de commutació de camp zero (ZFS) en un dispositiu nanomagnétic

La capa CoFeB és un imant de grandària nanomètrica que emmagatzema una mica de dades. Un "1" correspon a la magnetització CoFeB que apunta cap amunt (fletxa amunt), i un "0" representa la magnetització que apunta cap avall (fletxa cap avall). El "0" o el "1" es poden llegir tant elèctricament com òpticament, ja que la magnetització canvia la reflectivitat de la llum que brilla sobre el material a través d'un altre fenomen conegut com l'efecte Kerr magneto-òptic (MOKE).
Al dispositiu, el corrent elèctric pot fer canviar l'estat de les dades entre 0 i 1. Els dispositius anteriors d'aquest tipus també han requerit un camp magnètic o altres mesures més complexes per canviar la magnetització del material. Aquests dispositius anteriors no són gaire útils per a la creació de dispositius de memòria estables i no volàtils.

Efecte de commutació de camp zero (ZFS) en un dispositiu nanomagnétic

Es va produir un avenç en una col·laboració de recerca entre la Universitat Johns Hopkins i el National Institute of Standards and Technology (NIST). L'equip va descobrir que podrien invertir la magnetització de CoFeB de manera estable entre els estats 0 i 1 enviant només corrent elèctric a través de les capes metàl·liques Pt i W adjacents al nanomagnet de CoFeB. No necessitaven un camp magnètic. Aquest efecte ZFS (canvi de camp zero) va ser una sorpresa i no s'havia predit teòricament.
En el seu treball, els investigadors van crear un tipus especial de corrent elèctric conegut com a spin. Els electrons que porten corrent elèctric posseeixen una propietat coneguda com spin que es pot imaginar com un imant de barra que apunta en una direcció específica a través de l'electró. Cada vegada és més explotat el camp emergent conegut com spintronics, el seu corrent actual és simplement un corrent elèctric en què els electrons apunten en la mateixa direcció.
A mesura que un electró es mou a través del material, la interacció entre el seu gir i el seu moviment (anomenat torque spin-orbit, SOT) crea un corrent de rotació on els electrons amb un estat de rotació es mouen perpendicularment al corrent en una direcció i els electrons amb el gir invers moveu l'estat en sentit contrari. Els girs resultants que s'han mogut adjacents a la capa magnètica de CoFeB exerceixen un parell en aquesta capa, fent que la seva magnetització es mogui. Sense la corrent de gir, la magnetització de CoFeB és estable contra qualsevol fluctuació de la temperatura i del corrent. Aquest efecte ZFS inesperat planteja noves preguntes als teòrics sobre el mecanisme subjacent del fenomen de commutació SOT induït per observacions.

Efecte de commutació de camp zero (ZFS) en un dispositiu nanomagnétic

Els detalls del parell d'òrbita de spin s'il·lustren al diagrama. Les fletxes morades mostren els girs dels electrons en cada capa. La fletxa corbada blau mostra la direcció en què es divideixen els girs d'aquest tipus. (Per exemple, a la capa W, els electrons amb spin a l'esquerra en el pla xy es desvien per moure cap amunt cap al CoFeB i els girs electrònics a la dreta es desvien per moure cap avall cap al Pt) Cal tenir en compte els girs d'electrònica a la Pt amb el gir a la dreta (en el pla xy), però, es desvien per moure cap amunt cap al W i els girs d'electrons amb gir a l'esquerra es desvien per moure cap avall cap a la Sí. Això és contrari a la direcció de l'electró que gira al W, i això es deu a diferències en el SOT experimentat pels electrons que es mouen a través de Pt i els que passen per W. De fet, és aquesta diferència en la forma en què els electrons es mouen a través de cadascun d'aquests dos conductors que pot ser important per permetre l'efecte ZFS.
Les investigacions en curs, busquen identificar altres materials prospectius que permetin canviar el camp zero d'un sol nanomagnet perpendicular, així com determinar com canvia el comportament del ZFS per a nanomagnets que posseeixen mides laterals més petites i que desenvolupen els fonaments teòrics d'aquest inesperat fenomen de commutació.

Font: National Institute of Standards and Technology

Cap comentari:

Publica un comentari a l'entrada

Aquest és un blog amb moderador dels comentaris. Per tant, no apareixen immediatament