Antiferromagnetisme is een type magnetisme waarbij parallelle maar tegengestelde spins spontaan optreden in een materiaal. Antiferromagneten, materialen die antiferromagnetisme vertonen, hebben voordelige eigenschappen die ze bijzonder veelbelovend maken voor het vervaardigen van spintronische apparaten.

In tegenstelling tot conventionele elektronische apparaten, die de elektrische lading van elektronen gebruiken om informatie te coderen, spintronica verwerkt informatie door gebruik te maken van het intrinsieke impulsmoment van elektronen, een eigenschap die bekend staat als 'spin'. Door hun ultrasnelle aard, hun ongevoeligheid voor externe magnetische velden en hun gebrek aan magnetische strooivelden, antiferromagneten zouden bijzonder wenselijk kunnen zijn voor de ontwikkeling van spintronische apparaten.

Ondanks hun voordelen en hun vermogen om informatie op te slaan, de meeste eenvoudige antiferromagneten hebben zwakke uitlees magnetoresistiviteitssignalen. Bovendien, tot nu toe zijn natuurkundigen niet in staat geweest om de magnetische volgorde van antiferromagneten te veranderen met behulp van optische technieken, waardoor apparaatingenieurs uiteindelijk de ultrasnelle aard van deze materialen kunnen benutten.

Onderzoekers van de Tsjechische Academie van Wetenschappen, Charles University in Praag en andere universiteiten in Europa hebben onlangs een methode geïntroduceerd om het doven van antiferromagneten in toestanden met hoge weerstand te bereiken door elektrische of ultrakorte optische pulsen toe te passen. Deze strategie, geïntroduceerd in een paper gepubliceerd in Natuur Elektronica , zou interessante nieuwe mogelijkheden kunnen openen voor de ontwikkeling van spintronische apparaten op basis van antiferromagneten.

"Onze oorspronkelijke motivatie was om een ​​grote uitdaging aan te gaan op het gebied van spintronica, waarvoor de oplossing onbereikbaar lijkt voor conventioneel gebruikte ferromagneten; namelijk, het ontbreken van een universeel schakelmechanisme om zowel elektrische als optische pulsen in hetzelfde apparaat te laten schakelen, "Tomas Jungwirth, een van de onderzoekers die het onderzoek heeft uitgevoerd, vertelde Phys.org. "Onze antiferromagnetische apparaten maken dit mogelijk, en we kunnen nu de pulslengte gebruiken van macroscopische millisecondenschalen tot een enkele femtoseconde-laserpuls."

In hun recente studie, Jungwirth en zijn collega's waren in staat om een ​​nieuwe uitdaging op het gebied van spintronica te overwinnen. specifiek, ze waren in staat om uitleessignalen van de gigantische magnetoweerstandsamplitudes te verkrijgen in eenvoudige magnetische films, zonder de noodzaak om complexe magnetische meerlaagse structuren samen te stellen. Dat deden de onderzoekers met behulp van CuMnAs antiferromagnetische films.

Opmerkelijk, ze waren in staat om spintronische apparaten te fabriceren met omkeerbare, reproduceerbare en tijdsafhankelijke schakelmogelijkheden. Door deze mogelijkheid om van magneet te wisselen, kunnen hun apparaten componenten van spiking neurale netwerken (SNN's) nabootsen, kunstmatige neurale netwerken die biologische neurale netwerken in de hersenen nabootsen. Dit kenmerk van het ontwerp dat door Jungwirth en zijn collega's is geïntroduceerd, is nooit gerealiseerd met behulp van conventionele methoden die magneten verwisselen door de magnetisatievector van de ene naar de andere richting over het gehele actieve deel van apparaten te heroriënteren.

"Ons schakelmechanisme is fundamenteel verschillend:de geleverde dovende pulsen regelen het niveau van magnetische domeinfragmentatie in het apparaat tot op nanoschaal, zonder noodzakelijkerwijs de gemiddelde richting van de magnetische-orde vector te veranderen, " legde Jungwirth uit. "Opmerkelijk voor ons, dit kan op een volledig omkeerbare en reproduceerbare manier, zoals we in de krant hebben aangetoond."

In de toekomst, het nieuwe ontwerp van Jungwirth en zijn collega's zou de ontwikkeling van nieuwe en beter presterende spintronische apparaten mogelijk maken. In hun volgende studies, de onderzoekers zijn van plan om het potentieel van hun ontwerp voor neuromorfische computertoepassingen te onderzoeken. Met andere woorden, ze zijn van plan de mogelijkheid te onderzoeken om de apparaten die ze hebben gemaakt te gebruiken om enkele van de synaptische en neuronachtige functionaliteiten van SNN's na te bootsen.

"Op wetenschappelijk vlak we willen nu de fysieke fundamenten van ons nieuwe schakelmechanisme onderzoeken en verklaren door middel van hoge ruimte- en tijdsopgeloste microscopie die naar de atomaire en femtoseconde limieten wordt geduwd, "Zei Jungwirth. "Dit zal ons helpen de parameters van momenteel gebruikte antiferromagnetische materialen te optimaliseren of nieuwe geschikte materiaalkandidaten te identificeren."

© 2021 Science X Network