Omdat kunstmatige intelligentietechnologieën zoals Chat-GPT in verschillende industrieën worden gebruikt, wordt de rol van hoogwaardige halfgeleiderapparaten voor het verwerken van grote hoeveelheden informatie steeds belangrijker. Onder hen trekt spin-geheugen de aandacht als elektronicatechnologie van de volgende generatie, omdat het geschikt is voor het verwerken van grote hoeveelheden informatie met een lager vermogen dan siliciumhalfgeleiders die momenteel in massa worden geproduceerd.

Er wordt verwacht dat het gebruik van recent ontdekte kwantummaterialen in het spingeheugen de prestaties dramatisch zal verbeteren door de signaalverhouding te verbeteren en het vermogen te verminderen. Maar om dit te bereiken is het noodzakelijk om technologieën te ontwikkelen om de eigenschappen van kwantummaterialen te controleren via elektrische methoden zoals stroom en spanning. /P>

Dr. Jun Woo Choi van het Center for Spintroncs Research van het Korea Institute of Science and Technology (KIST) en professor Se-Young Park van de afdeling natuurkunde van de Soongsil Universiteit hebben de resultaten bekendgemaakt van een gezamenlijk onderzoek dat aantoont dat ultra-laag- machtsgeheugen kan worden vervaardigd uit kwantummaterialen. De bevindingen zijn gepubliceerd in het tijdschrift Nature Communications .

Door een spanning aan te leggen op een spintronisch apparaat van kwantummateriaal dat bestaat uit een tweedimensionale materiële heterostructuur, is het mogelijk om informatie op ultralaag vermogen te lezen en te schrijven door de spininformatie van elektronen effectief te controleren.

Tweedimensionale materialen, die representatieve kwantummaterialen zijn, kunnen gemakkelijk worden gescheiden in vlakke lagen van afzonderlijke atomen, in tegenstelling tot gewone materialen die een driedimensionale structuur hebben, en dus speciale kwantummechanische eigenschappen vertonen.

In deze studie ontwikkelden de onderzoekers voor het eerst een tweedimensionaal heterostructuurapparaat dat kwantummaterialen met twee verschillende eigenschappen combineert. Door een spanning van slechts 5 V aan te leggen op een apparaat dat bestaat uit tweedimensionaal ferromagnetisch materiaal (Fe_3-x GeTe₂ ) en een tweedimensionaal ferro-elektrisch materiaal (In₂ Se₃ ) op elkaar gestapeld, kan het magnetische veld dat nodig is om de spinrichting van de ferromagneet te veranderen, d.w.z. de coërciviteit, met meer dan 70% worden verminderd.

De onderzoekers ontdekten ook dat de structurele veranderingen in het tweedimensionale ferro-elektrische materiaal die optreden wanneer een spanning wordt aangelegd, leiden tot veranderingen in de spin-eigenschappen van aangrenzende tweedimensionale ferromagneten.

Het rooster van het tweedimensionale ferro-elektrische materiaal zet uit met de spanning, waardoor de magnetische anisotropie van de aangrenzende ferromagneet verandert en de coërciviteit die nodig is om de spin te heroriënteren aanzienlijk wordt verminderd. Dit betekent dat door het aanleggen van een zeer kleine spanning op een apparaat met heterostructuur van kwantummateriaal het mogelijk is om de spin-informatie van elektronen te controleren, zelfs met een ongeveer 70% verminderd magnetisch veld, wat een sleuteltechnologie is voor de ontwikkeling van ultra-laag vermogen spin-geheugen gebaseerd op kwantummaterialen.

"Door de volgende generatie geheugenkernelementtechnologie met ultralaag vermogen veilig te stellen met behulp van kwantummaterialen, zullen we onze technologische voorsprong en concurrentiepositie in de recentelijk wankelende halfgeleiderindustrie kunnen behouden", aldus Dr. Jun Woo Choi van KIST.

Meer informatie: Jaeun Eom et al., Spanningsregeling van magnetisme in Fe_3-x GeTe₂ /In₂ Se₃ van der Waals ferromagnetische/ferro-elektrische heterostructuren, Natuurcommunicatie (2023). DOI:10.1038/s41467-023-41382-8

Journaalinformatie: Natuurcommunicatie

Geleverd door de Nationale Onderzoeksraad voor Wetenschap en Technologie