Des chercheurs démontrent la commutation sans champ d’un ferromagnétique PMA commercial à température ambiante
Structure cristalline de TaIrTe4 et conductivités de Hall de rotation dans divers matériaux. a) TAIRTE4 la structure cristalline est représentée. La symétrie miroir est évidente dans le plan bc mais absente dans le plan ac. La ligne pointillée représente le plan miroir. b) La conductivité de Spin Hall est représentée pour les spins dans le plan (σtimide) et les spins hors plan (σch, z) sur la base de rapports précédents. Les étoiles rouges dans la région ombrée rouge correspondent à σmerde valeurs obtenues dans notre étude. Crédit : Liu et al.
Les mémoires magnétiques à accès aléatoire (MRAM) sont des dispositifs de stockage de données qui stockent des données numériques dans des nano-aimants, les représentant en code binaire (c’est-à-dire par « 0 » ou « 1 »). La magnétisation des nano-aimants à l’intérieur de ces dispositifs de mémoire peut être dirigée vers le haut ou vers le bas.
Au cours de la dernière décennie, les ingénieurs électroniciens ont introduit des techniques permettant d’inverser cette direction à l’aide de courants électriques dans le plan. Ces techniques ont finalement permis la création d’une nouvelle classe de dispositifs MRAM, appelés MRAM à couple spin-orbite (SOT).
Bien que les techniques existantes pour changer la direction de magnétisation des nano-aimants dans les SOT-MRAM se soient révélées efficaces, beaucoup ne fonctionnent que si les champs magnétiques externes sont alignés sur la direction du courant électrique. Dans un article récent publié dans Électronique naturelledes chercheurs de l’Université nationale de Singapour ont démontré la commutation sans champ du ferromagnétique cobalt-fer-bore (CoFeB) à anisotropie magnétique perpendiculaire (PMA) dans des conditions ambiantes.
“L’avènement de techniques permettant la commutation de magnétisation via des courants électriques a conduit à la commercialisation de MRAM à couple de transfert de spin”, a déclaré Hyunsoo Yang, l’un des auteurs de l’article, à Tech Xplore. “SOT-MRAM est désormais présentée comme la technologie de nouvelle génération dans ce domaine. Plus précisément, l’utilisation de SOT pour commuter l’aimantation de matériaux à anisotropie magnétique perpendiculaire (PMA) est prometteuse pour la création de dispositifs de mémoire non volatile efficaces.”
De nombreuses études récentes ont tenté de surmonter les limites des approches conventionnelles de commutation de magnétisation SOT. La plupart des solutions proposées impliquent des processus de fabrication complexes ou l’incorporation de couches magnétiques supplémentaires dans la structure des dispositifs MRAM, qui peuvent tous deux réduire la densité de stockage et la durée de vie d’un dispositif.
“Une approche alternative consiste à utiliser des spins hors plan, ce qui peut potentiellement faciliter la commutation PMA sans avoir besoin d’un champ magnétique externe”, a déclaré Yang. “Alors que Weyl fabrique des semi-métaux WTe2 a été utilisé pour la commutation sans champ à basse température, les applications pratiques de la MRAM se font à température ambiante. Pendant ce temps, le WTe2 est en proie à une consommation d’énergie élevée en raison de sa haute résistivité. Par conséquent, il existe une demande pressante pour une solution plus économe en énergie pour permettre une commutation PMA sans champ à température ambiante. »
Des études antérieures portant sur les dispositifs MRAM ont démontré le potentiel de la commutation PMA en tirant parti des spins hors plan. Ils ont spécifiquement montré que les spins hors plan peuvent contrecarrer l’amortissement magnétique, permettant ainsi la commutation PMA même lorsqu’aucun champ magnétique n’est appliqué.
“Ce résultat s’accompagne d’une réduction de la consommation d’énergie, une affirmation étayée par nos calculs théoriques”, a expliqué Yang. “Ces spins hors plan peuvent être produits dans des matériaux caractérisés par un manque de symétrie d’inversion latérale, comme le montre la figure a ci-dessus, ce qui signifie que les conditions requises pour leur émergence sont liées aux propriétés structurelles du matériau.”
Inspirés par des efforts antérieurs dans le domaine, Yang et ses collègues ont décidé d’exploiter les spins hors plan pour permettre la commutation sans champ magnétique d’un ferromagnétique PMA commercial à température ambiante. Ils ont finalement réussi à utiliser des spins hors plan provenant du tellurure d’iridium de tantale semi-métal de Weyl (TaIrTe4).
“Notre réussite est étayée par les mesures de résistance magnétoélectrique bilinéaire et de résonance ferromagnétique du couple de spin, validant la présence de spins polarisés hors du plan”, a déclaré Yang. “Une évaluation de l’angle d’inclinaison de spin hors plan se situe approximativement entre 8 ° et 20 °. Remarquablement, la conductivité de Hall de spin de TaIrTe4 est estimé à 5,44 × 104 (ћ/2e) (Ωm)-1ce qui signifie une augmentation substantielle de près d’un ordre de grandeur par rapport au WTe2“.
Les découvertes récentes recueillies par Yang et ses collègues mettent en évidence le potentiel de TaIrTe4 comme source de courant de spin pour permettre une commutation PMA induite par SOT sans champ. À l’avenir, leurs travaux pourraient inspirer d’autres équipes de recherche à expérimenter ce matériau, ouvrant ainsi de nouvelles voies intéressantes pour le développement des SOT-MRAM.
“Dans ce travail, nous avons initialement obtenu TaIrTe4 des flocons par exfoliation mécanique à partir d’un monocristal”, a ajouté Yang. “Néanmoins, à des fins industrielles, il est impératif de produire des films étendus via des techniques compatibles avec une production à grande échelle. Ces films doivent simultanément présenter l’asymétrie cristalline requise pour la génération de spins hors plan. »
Plus d’information:
Yakun Liu et al, Commutation sans champ de l’aimantation perpendiculaire à température ambiante à l’aide de spins hors plan de TaIrTe4, Électronique naturelle (2023). DOI : 10.1038/s41928-023-01039-2
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Citation: Des chercheurs démontrent la commutation sans champ d’un ferromagnétique PMA commercial à température ambiante (8 novembre 2023) récupéré le 8 novembre 2023 sur
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