Fig.1:Um diagrama esquemático de armazenamento de informação usando dispositivos spintrônicos convencionais baseados em ferromagneto (FM) (à esquerda) e os dispositivos baseados em antiferromagnetos (AFMs) propostos (direita) (as setas indicam os momentos magnéticos). Em dispositivos baseados em FM (esquerda), bits de informação (estado "1" ou "0") são codificados na orientação (vermelho / para cima ou azul / para baixo) dos momentos. A estrutura compensada dos AFMs (à direita) traz vantagens exclusivas, ao mesmo tempo que apresenta obstáculos significativos. Crédito:Samik DuttaGupta e Shunsuke Fukami
A busca por paradigmas de computação inteligente de alto rendimento - para big data e inteligência artificial - e o volume cada vez maior de informações digitais levaram a uma demanda intensificada por dispositivos eletrônicos de próxima geração de alta velocidade e baixo consumo de energia. O mundo "esquecido" dos antiferromagnetos (AFM), uma classe de materiais magnéticos, oferece promessa no futuro desenvolvimento de dispositivos eletrônicos e complementa as atuais tecnologias spintrônicas baseadas em ferromagneto (Fig. 1).
Os desafios formidáveis para o desenvolvimento de dispositivos spintrônicos funcionais baseados em AFM são a manipulação elétrica de alta velocidade (gravação), detecção (recuperação), e garantindo a estabilidade das informações registradas - tudo em um sistema de material de semicondutor amigável à indústria.
Pesquisadores da Tohoku University, Universidade de New South Wales (Austrália), ETH Zürich (Suíça), e Diamond Light Source (Reino Unido) demonstrou com sucesso a comutação induzida por corrente em uma heteroestrutura antiferromagnética metálica policristalina com alta estabilidade térmica. As descobertas estabelecidas mostram potencial para tecnologias de armazenamento e processamento de informações.
O grupo de pesquisa usou uma heteroestrutura metálica baseada em Mn AFM (PtMn) / metal pesado (HM) - atraente por causa de sua anisotropia antiferromagnética significativa e sua compatibilidade com a eletrônica baseada em silício PtMn (Fig. 2 (a)). O registro elétrico dos estados de resistência (1 ou 0) foi obtido através da interação spin-órbita da camada HM; uma corrente de carga no HM adjacente resultou em torques de rotação-órbita atuando no AFM, levando a uma mudança no nível de resistência até um regime de microssegundos (Fig. 2 (b)).
Fig.2:(a) Um diagrama esquemático da estrutura de pilha desenvolvida. (b) Os resultados experimentais de comutação induzida por corrente da estrutura AFM / HM PtMn / Pt sob a corrente JPt aplicada na camada de Pt. A leitura dos estados antiferromagnéticos foi obtida medindo-se a resistência de leitura de saída (RHall). (c) A estabilidade dos estados registrados (1 ou 0) foi investigada medindo RHall por várias horas. A área sombreada em vermelho e azul corresponde ao registro elétrico dos estados de alta resistência ("1") ou baixa resistência ("0"). (d), (e) Imagem magnética de raios-X da estrutura PtMn / Pt após a aplicação de pulsos de corrente. As áreas brancas e pretas da imagem indicam regiões de contraste magnético oposto, representando a reversão da ordem antiferromagnética. Crédito:Samik DuttaGupta e Shunsuke Fukami
"Interessantemente, o grau de comutação é controlável pela força da corrente na camada HM e mostra recursos de retenção de dados de longo prazo, "disse Samik DuttaGupta, autor correspondente do estudo (Fig. 2 (c)). "Os resultados experimentais das medições elétricas foram complementados por uma imagem magnética de raios-X, ajudando a esclarecer a natureza reversível da dinâmica de comutação localizada dentro de domínios AFM de tamanho nm. "(Fig. 2 (d), (e)).
Os resultados são a primeira demonstração da mudança induzida pela corrente de um AFM compatível com a indústria até o regime de microssegundos no campo da spintrônica antiferromagnética metálica. Espera-se que essas descobertas abram novos caminhos para a pesquisa e encorajem novas investigações para a realização de dispositivos funcionais usando AFMs metálicos para armazenamento de informações e tecnologias de processamento.
