Magneettinen heterorakenne nopeuttaa tietotekniikkaa10.10.2023 Magneettisten muistien toimintataajuutta voitaisiin edelleen kasvattaa antiferromagneeteilla, joita ei kuitenkaan voida tehokkaasti herättää. Kaiserslautern-Landaun ja Mainzin yliopistojen tutkijat ovat nyt osoittaneet, että magneettiset heterorakenteet – jotka perustuvat ohueen antiferromagneetti/ferromagneetti-kaksoiskerrokseen – voivat yhdistää molempien materiaaliluokkien edut: Korkea työtaajuus tehokkaaseen viritykseen. Magneettisilla materiaaleilla on keskeinen rooli elektronisessa tiedonkäsittelyssä ja siirrossa mutta eri magneettiluokkien välillä on eroa. "Ferromagneeteilla on nettomagnetointi ja niitä käytetään kestomagneetteina ja niitä on helppo virittää. Niiden dynamiikka on gigahertsejä." sanoo Kaiserslautern-Landaun professori Mathias Weiler. Toinen luokka käyttäytyy aivan eri tavalla: antiferromagneeteissa ei ole nettomagneettista momenttia, mikä tekee niistä vaikeasti viritettäviä. Mutta kun sellainen saadaan aikaan ne osoittavat paljon nopeampaa dynamiikkaa terahertsialueella. Tämä seikka tekee niistä mielenkiintoisia eri sovellusaloilla, kuten viestintätekniikoissa ja magneettisissa muisteissa, koska prosessointinopeutta voitaisiin nopeuttaa merkittävästi. "Koska antiferromagneetteja ei kuitenkaan voida virittää tehokkaasti, niiden sovellukset ovat rajalliset", Weiler jatkaa. Kaiserslauternin tutkijat yhdessä Mainzin tutkijakollegoiden kanssa ovat osoittaneet, kuinka antiferromagneettien nopeampaa dynamiikkaa voidaan kuitenkin hyödyntää. Kokeissaan he luottivat hybridimateriaaliin. "Se koostuu kahdesta ohuesta kerroksesta, joista toinen on ferromagneettinen ja toinen antiferromagneettinen", Weiler selittää. Ferromagneettinen kerros on yleinen nikkeli-rautayhdiste, jota löytyy myös esimerkiksi muuntajista. Antiferromagneettinen kerros on mangaani-kultayhdiste. Heterorakenteen erityispiirre löytyy spinien järjestelystä suoraan antiferromagneettis-ferromagneettisessa rajapinnassa. PhD-tutkija Hassan Al-Hamdo: "Spin kuvaa kvanttihiukkasen sisäistä kulmamomenttia ja on kaikkien magneettisten ilmiöiden perusta. Rajapinnalla löydämme hyvin määritellyn spinien järjestyksen. Tämä johtaa antiferromagneettisten ja ferromagneettisten spinien väliseen epätavallisen vahvaan kytkeytymiseen. Kytkentä on niin voimakas, että antiferromagneetin spinit asettuvat kohdakkain ferromagneetin magnetisoitumisen perusteella. Tämä ominaisuus on ainutlaatuinen." "Hyödyntämällä heterorakenteemme ainutlaatuisia ominaisuuksia onnistuimme siirtämään magneettisen virityksen ferromagneetista antiferromagneetille. Samalla olemme saaneet korkeamman taajuuden kuin puhtaalla ferromagneetilla. Taajuus on ferromagneetin ja antiferromagneetin taajuuksien välillä", Weiler tiivistää. Nämä tulokset ovat mielenkiintoisia tulevia sovelluksia ajatellen. "Nouseville mobiilisovelluksille tarvitaan korkeampia taajuuksia", Weiler mainitsee esimerkkinä. "Tällä kytkennällä pääsemme näille alueille." Käyttökohteita voisivat olla myös muistitekniikat, kuten magneettinen satunnaispääsymuisti tai mikroaaltojen generointi spin-momenttioskillaattorien avulla, missä korkeammat taajuudet lisäisivät suorituskykyä. Aiheesta aiemmin: Uusia muistiratkaisuja spineillä ja pyörteillä Antiferromagneettisuutta spintroniikkaan ja muisteihin Antiferromagneettinen läpimurto |
Nanotekniikka on tulevaisuuden lupaus. Näillä sivuilla seurataan elektroniikkaa sekä tieto- ja sähkötekniikkaa sivuavia nanoteknisiä tiedeuutisia.