Magnetische materialen zijn een essentieel ingrediënt in de componenten die informatie opslaan in computers en mobiele telefoons. Nutsvoorzieningen, A*STAR-onderzoekers hebben een materiaal ontwikkeld dat deze op magnetisch gebaseerde geheugenapparaten zou kunnen helpen om gegevens sneller op te slaan en op te halen terwijl ze minder stroom verbruiken.

Geheugenapparaten werken wanneer een klein magnetisch veld wordt toegepast op het opslagmedium om magneten op atomair niveau, ook wel spins genoemd, uit te lijnen. Deze spin-uitlijning, of magnetisatie, in één gebied van het magnetische materiaal kan één 'bit' aan informatie vertegenwoordigen, die met een magneet weer kan worden 'gelezen'. Wetenschappers proberen de prestaties van magnetische geheugens te verbeteren door zowel de energie die nodig is om de magnetisatie te veranderen als ongewenste ruis te verminderen.

Een benadering is het gebruik van een magnetisch materiaal met een eigenschap die bekend staat als negatieve magnetokristallijne anisotropie. Dit betekent dat er minder energie nodig is om de spins in de ene richting uit te lijnen dan in de andere, en dus is het materiaal over het algemeen gemakkelijker te magnetiseren en te demagnetiseren. Deze lage coërciviteit is nuttig omdat dit zogenaamde 'zachte' magnetische materiaal een magnetisch veld op de opslaglaag kan geleiden, waardoor de intensiteit van het veld dat moet worden toegepast om de magnetisatie van het 'harde' materiaal te veranderen, wordt verlaagd.

Tiejun Zhou en collega's van het A*STAR Data Storage Institute hebben een manier gevonden om de coërciviteit van een zacht materiaal, kobaltiridium genaamd, verder te verminderen door rhodium toe te voegen.

Het team creëerde hun magnetische materiaal met een techniek die bekend staat als gelijkstroom magnetron sputteren. Kobalt, iridium en rhodium werden gelijktijdig uit afzonderlijke vaste bronnen in een vacuümkamer uitgeworpen en afgezet op een siliciumsubstraat. Door de stroomtoevoer naar elk van de bronnen te wijzigen, de onderzoekers konden de samenstelling van het uiteindelijke materiaal controleren, verhoging van de hoeveelheid rhodium ten koste van iridium. Metingen van de magnetische eigenschappen van CoIr-Rh films toonden aan dat de introductie van dit rhodium de coërciviteit en de dempingsconstante met meer dan de helft verminderde van die van ongemodificeerd kobaltiridium.

"Bij gebruik in een apparaat, dergelijke negatieve magnetokristallijne anisotropiematerialen maken een hogere frequentiewerking mogelijk bij een lagere stuurstroom en het creëren van een hoger magnetisch wisselstroomveld in het vlak voor effectief geassisteerd schakelen, en hogere stabiliteit tegen zwerfvelden en temperatuurschommelingen, " legt Zhou uit. Het team demonstreerde deze verbeterde prestaties in een geheugenapparaat dat een spin-torque-oscillator wordt genoemd.

De resultaten laten zien dat CoIr-Rh zou kunnen helpen bij de ontwikkeling van commerciële magnetische opslag met lage energie. "Door de compositie te verfijnen, we kunnen de eigenschappen van magnetische materialen continu verbeteren om te voldoen aan de criteria die vereist zijn voor toepassingen op industrieniveau, ' zegt Zhou.