Um grupo de pesquisa liderado pela Universidade de Osaka descobriu um novo princípio para realizar memória magnética com eficiência energética ultra-eficiente, controlando eletricamente as formas dos átomos.

Memória magnética não volátil usando ímãs do tamanho de nanômetros, MRAM (memória magnetorresistiva de acesso aleatório), reversão de magnetização necessária pela aplicação de tensão. Assim, É preferível a reversão da magnetização com eficiência ultra-energética em nanossegundos. Contudo, figura de mérito da tecnologia atual, anisotropia magnética controlada por voltagem (VCMA), era menos de um décimo do nível necessário para a aplicação. É importante desenvolver o efeito VCMA usando os novos materiais.

Professor Associado Shinji MIWA da Universidade de Osaka, Dr. Motohiro SUZUKI do Instituto de Pesquisa em Radiação Síncrotron do Japão, Professor assistente Masahito TSUJIKAWA na Tohoku University, Dr. Takayuki NOZAKI do Instituto Nacional de Ciência e Tecnologia Industrial Avançada, e Dr. Tadakatsu OHKUBO do Instituto Nacional de Ciência de Materiais, fez uma camada monoatômica de platina colocada sobre ferro ferromagnético (sistema FePt | MgO) que era controlada em nível atômico. (Figura.1. Esquerda)

Uma vez que existe correlação entre uma interação spin-órbita e um VCMA, este grupo se concentrou em FePt | MgO, que contém platina com grandes interações spin-órbita. Usando o FePt | MgO, este grupo conduziu experimentos para esclarecer o VCMA em linhas de luz de raios-X na instalação de radiação síncrotron SPring-8. (Figura.1. Direita)

A partir desses experimentos e cálculos teóricos, este grupo descobriu que o sistema FePt | MgO que demonstrou um VCMA de 140 fJ / Vm tinha dois mecanismos diferentes e potencialmente possui um VCMA enorme além de 1, 000 fJ / Vm. (Figura 2.)

Este grupo observou mudanças no termo dipolo magnético por voltagem no experimento em SPring-8. A partir de cálculos teóricos, foi descoberto que, no sistema FePt | MgO, os VCMAs do Mecanismo A convencionalmente conhecido (o momento magnético orbital indutino) e o Mecanismo B recém-descoberto (termo dipolo magnético indutino) foram parcialmente cancelados um pelo outro, resultando em um VCMA de 140 fJ / Vm.

Conforme mostrado na Figura 2, Os mecanismos A e B têm um valor VCMA de 1, 000 fJ / Vm ou mais, portanto, projetar materiais para criar um efeito sinérgico permitirá o desenvolvimento de materiais com um VCMA de 1, 000 fJ / Vm ou mais.

O uso das realizações deste grupo na concepção de materiais tornará possível obter um VCMA de 10 vezes maior do que os materiais existentes, o que permitirá a memória não volátil de economia de energia que pode reduzir a geração de calor.