De mogelijkheid om de magnetisatie van elektroden gemaakt van ferromagneten te regelen, zou kunnen helpen bij het ontwikkelen van meer energie-efficiënte apparaten voor spintronische toepassingen, inclusief technologieën voor gegevensopslag, draagbare elektronica en implanteerbare medische apparaten.

Gevoed door de vraag naar technologieën voor informatieopslag met verhoogde capaciteit, miniatuurapparaten die magnetische tunneljuncties (MTJ's) worden genoemd, zijn naar voren gekomen als een veelbelovende manier om grote hoeveelheden gegevens op te slaan.

MTJ's bestaan ​​uit kleine ferromagneten gescheiden door een ultradunne isolerende laag. Hun elektrische weerstand kan worden geschakeld tussen lage en hoge toestanden - wat overeenkomt met de binaire bits nul en één - en kan dus worden gebruikt om informatie op te slaan in magnetoweerstandsgeheugen en andere spintronische apparaten.

traditioneel, deze schakeling heeft een magnetisch veld gebruikt, een spin-orbit-koppel of een spin-overdrachtskoppel, die een hoge elektrische stroomdichtheid toepast op het apparaat dat vervolgens grote hoeveelheden energie dissipeert.

Nutsvoorzieningen, Aïtian Chen, KAUST-collega's en wetenschappers van de National University of Defense Technology in China, hebben MTJ's gemaakt op ferro-elektrische substraten. Deze kunnen alleen door spanning worden geregeld, resulterend in een drastische vermindering van het energieverbruik.

"Door spintronica te integreren met multiferroics kunnen magnetische en elektrische eigenschappen van MTJ's worden gekoppeld en is dit een veelbelovende benadering voor de energie-efficiënte werking van MTJ's, " legt Chen uit.

Om de spanning van MTJ's te regelen, de onderzoekers gebruikten eerst de geavanceerde sputter- en lithografiefaciliteiten van KAUST om hoogwaardige MTJ-films op de ferro-elektrische substraten te deponeren. Volgende, ze fabriceerden de apparaten met behulp van fotolithografie en ionenfrezen.

Door spanning toe te passen op het ferro-elektrische substraat, het team kan de magnetisatieconfiguratie van MTJ's schakelen tussen antiparallelle en parallelle toestanden, die overeenkomen met hoge en lage elektrische weerstand, respectievelijk.

Met behulp van paren elektroden op het ferro-elektrische substraat om een ​​piëzospanning te genereren, ze waren in staat om de magnetisatie van de ferromagnetische laag te moduleren via spanningsgemedieerde magneto-elektrische koppeling.

"Momenteel, we hebben twee elektrodenparen nodig om volledige controle over MTJ's te krijgen, maar de operatie is erg ingewikkeld. We zijn nu op zoek om de operatie te vereenvoudigen door slechts één paar elektroden te gebruiken, " zegt Chen.