Een onderzoeksgroep onder leiding van de Universiteit van Osaka ontdekte een nieuw principe om ultra-energie-efficiënt magnetisch geheugen te realiseren door de vormen van atomen elektrisch te regelen.

Niet-vluchtig magnetisch geheugen met magneten van nanometerformaat, MRAM (magnetoresistief willekeurig toegankelijk geheugen), vereiste magnetisatie-omkering door spanning aan te leggen. Dus, ultra-energie-efficiënte magnetisatie-omkering in nanoseconden heeft de voorkeur. Echter, verdienste van de huidige technologie, spanningsgestuurde magnetische anisotropie (VCMA), was minder dan een tiende van het niveau dat nodig is voor toepassing. Het is belangrijk om het VCMA-effect te ontwikkelen met behulp van de nieuwe materialen.

Universitair hoofddocent Shinji MIWA aan de Universiteit van Osaka, Dr. Motohiro SUZUKI van het Japan Synchrotron Radiation Research Institute, Universitair docent Masahito TSUJIKAWA aan de Tohoku University, Dr. Takayuki NOZAKI van het National Institute of Advanced Industrial Science and Technology, en Dr. Tadakatsu OHKUBO bij het National Institute for Materials Science, maakte een platina mono-atomaire laag geplaatst op ferromagnetisch ijzer (FePt|MgO-systeem) dat op atomair niveau werd gecontroleerd. (Figuur.1. Links)

Aangezien er een correlatie is tussen een spin-baan interactie en een VCMA, deze groep richtte zich op FePt|MgO, die platina bevat met grote spin-baan interacties. Met behulp van de FePt|MgO, deze groep voerde experimenten uit om de VCMA op röntgenbundellijnen in de SPring-8 synchrotron-stralingsfaciliteit te verduidelijken. (Figuur.1. Rechts)

Uit deze experimenten en theoretische berekeningen, deze groep ontdekte dat het FePt|MgO-systeem dat een VCMA van 140 fJ/Vm aantoonde, twee verschillende mechanismen had en mogelijk een enorme VCMA van meer dan 1 heeft. 000 fJ/Vm. (Figuur 2.)

Deze groep observeerde veranderingen in magnetische dipoolterm door spanning in het experiment bij SPring-8. Uit theoretische berekeningen, er is geconstateerd dat, in het FePt|MgO-systeem, de VCMA's van conventioneel bekend mechanisme A (het orbitale magnetische moment inductino) en nieuw ontdekte mechanisme B (magnetische dipoolterm inductino) werden gedeeltelijk door elkaar tenietgedaan, resulterend in een VCMA van 140 fJ/Vm.

Zoals weergegeven in figuur 2, Mechanismen A en B hebben een VCMA-waarde van 1, 000 fJ/Vm of meer, dus door materialen te ontwerpen om een ​​synergetisch effect te creëren, kunnen materialen worden ontwikkeld met een VCMA van 1, 000 fJ/Vm of meer.

Het gebruik van de prestaties van deze groep bij het ontwerpen van materialen zal het mogelijk maken om een ​​VCMA te verkrijgen die 10 keer groter is dan die van bestaande materialen, wat zorgt voor een energiebesparend niet-vluchtig geheugen dat de warmteontwikkeling kan verminderen.