Onderzoekers van Kanazawa University controleerden de magnetische eigenschappen van een metaallaag door de elektrische polarisatie van een aangrenzende metaaloxidelaag. Computersimulaties en experimentele metingen onthulden dat het magnetisme van een kobalt-platina legeringslaag sterk afhing van de polarisatierichting van een bovenliggende magnesium-zinkoxidelaag. Het concept van magnetische eigendomscontrole met behulp van elektrische polarisatie toont potentieel om de ontwikkeling van niet-vluchtig magnetisch geheugen te bevorderen.

Het vermogen om de magnetische eigenschappen van een materiaal met behulp van elektriciteit te beheersen, is belangrijk voor de ontwikkeling van computertechnologie, bijzonder niet-vluchtig geheugen, dat is geheugen dat geen constante elektrische voeding vereist om een ​​ingestelde toestand te behouden. Dat is, elektrische controle van de magnetische toestanden van een materiaal kan ons in staat stellen om het aantrekkelijke energie-efficiënte concept van niet-vluchtig magnetisch geheugen te realiseren dat wordt geschakeld tussen verschillende toestanden met behulp van elektriciteit. Onlangs, Japanse onderzoekers van de Kanazawa University ontdekten dat de magnetische eigenschappen van één metaallaag kunnen worden gecontroleerd door elektriciteit aan te brengen op een bovenliggende metaaloxidelaag.

Het onderzoeksteam onderzocht de verandering in de magnetische eigenschappen van een laag kobalt-platinalegering (CoPt) veroorzaakt door de elektrische polarisatie van een bovenliggende zinkoxide (ZnO) laag. Computersimulaties toonden aan dat het omschakelen van de elektrische polarisatie van de ZnO-laag een groot effect had op de chemische potentiaal op het grensvlak tussen ZnO en CoPt, wat op zijn beurt leidde tot een aanzienlijke verandering in het magnetische gedrag van de CoPt-laag. De verandering van het magnetische gedrag van de CoPt-laag was niet-vluchtig; d.w.z., de laag bleef in de uitgeharde toestand totdat de elektrische polarisatie van de ZnO-laag werd veranderd.

"Het grote effect van de elektrische polarisatie van ZnO op de magnetische eigenschappen van CoPt kan worden verklaard door de polarisatie van ZnO die controle geeft over de interacties van de atomaire orbitalen van CoPt, ", zegt auteur Masao Obata.

Om de veelbelovende resultaten van hun simulaties te bevestigen, de onderzoekers vervaardigden een gestapelde structuur die een tunnelovergang wordt genoemd en die Mg-gedoteerde ZnO- en CoPt-lagen bevat. De magnetische eigenschappen en het schakelgedrag van de tunneljunctie werden onderzocht. De resultaten toonden aan dat de tunnelovergang een aanzienlijk ander magnetisch gedrag vertoonde, afhankelijk van de elektrische polarisatietoestand van de ZnO-laag, het verschaffen van kwalitatieve overeenstemming tussen de simulatieresultaten en theoretische bevindingen.

"Het ZnO/CoPt-systeem toont aan dat het mogelijk is om niet-vluchtige elektrische controle van de magnetische eigenschappen van materialen te bereiken, " legt co-auteur Tatsuki Oda uit. "Een dergelijk concept is belangrijk voor de ontwikkeling van geavanceerd energie-efficiënt niet-vluchtig magnetisch geheugen."

De niet-vluchtige controle van het magnetische gedrag van CoPt door de elektrische polarisatie van ZnO vertegenwoordigt een aantrekkelijk concept om nieuwe niet-vluchtige geheugentoepassingen te realiseren om de informatieverwerking verder te bevorderen.