p A comutação de magnetização spin-orbit torque (SOT) é um fenômeno induzido por uma corrente de spin, que por sua vez é gerado por uma corrente de carga. Eliciar esse fenômeno poderia ajudar a manipular a magnetização em dispositivos spintrônicos, aumentando potencialmente seu desempenho. p Apesar de suas vantagens potenciais, até aqui, a maioria dos sistemas ferromagnéticos de torque de rotação-órbita são limitados em sua velocidade de operação, principalmente devido à sua dinâmica de magnetização inerente. Alguns estudos sugeriram que materiais antiferromagnéticos e ferrimagnéticos, que contêm grupos de átomos com momentos magnéticos opostos, poderia ajudar a superar essa limitação, permitindo uma dinâmica de rotação mais rápida.

p Uma equipe de pesquisa da Universidade Nacional de Cingapura tem conduzido pesquisas investigando a comutação de torque spin-órbita em ferriímãs compensados ​​por vários anos. Em um estudo recente apresentado em Nature Electronics , eles alcançaram com sucesso a comutação de magnetização SOT ultrarrápida em dispositivos de liga ferrimagnética de cobalto-gadolínio (CoGd).

p "Temos trabalhado em comutação de magnetização induzida por corrente em vários materiais magnéticos, "Kaiming Cai, um dos pesquisadores que realizou o estudo, disse TechXplore. "Nosso trabalho recente demonstra diretamente a operação ultrarrápida de comutação de magnetização em um dispositivo ferrimagnético CoGd, combinado com baixo consumo de energia. "

p Em seus estudos anteriores, os pesquisadores identificaram uma série de fenômenos físicos característicos que ocorrem em ferriímãs. Por exemplo, eles descobriram que esses materiais exibem maior eficiência de SOT devido a uma propriedade conhecida como interação de troca negativa. Mais recentemente, Hyunsoo Yang, que liderou a equipe de pesquisa, e alguns de seus colegas também observaram um comprimento de coerência de spin longo e características de torque do tipo bulk em uma multicamada ferrimagnética.

p "Nossos trabalhos anteriores destacaram fortes torques induzidos por corrente e alta eficiência de comutação em dispositivos SOT ferriímã, "Yang disse." Em nosso novo estudo, queríamos desvendar a física subjacente à alta eficiência do SOT em ferriímãs compensados. Do ponto de vista do aplicativo, projetamos uma memória de subnanosegundos e de baixo consumo de energia baseada em ferriímãs. "

p A comutação ultrarrápida e com baixo consumo de energia é uma propriedade inerente dos materiais ferrimagnéticos. Os links Co-Gd antiferromagneticamente acoplados no material investigado por Yang e seus colegas aceleram a transferência do momento angular de rotação, o que resulta em comutação mais rápida para dispositivos SOT ferrimagnet.

p Os pesquisadores coletaram medições resolvidas no tempo usando uma técnica de sonda de bomba estroboscópica. Isso permitiu que observassem diretamente a dinâmica de comutação SOT ao longo do tempo, posteriormente comparando-os com aqueles observados em materiais ferromagnéticos.

p "Em nossos experimentos, fomos capazes de medir a duração da corrente de pulso e o tempo de comutação diretamente, "Yang disse." Os dispositivos ferrimagnéticos podem ser comutados por um pulso de corrente sub-nanossegundo dentro de um tempo de comutação sub-nanossegundo. Além disso, extraímos a velocidade da parede do domínio durante a comutação SOT. "

p Ao ajustar a composição da liga de ferriímã, Yang e seus colegas conseguiram reduzir o tempo de comutação no dispositivo ferrimagnético CoGd para subnanosegundos, alcançando uma velocidade de parede de domínio de 5,7 km / s. Notavelmente, esta é uma das velocidades de parede de domínio induzidas por corrente mais altas em temperatura ambiente relatadas na literatura até agora.

p "Reduzir simultaneamente o tempo de comutação e a energia em dispositivos de memória modernos é agora de extrema importância, "Cai disse." Nós demonstramos um tempo de comutação de subnanosegundos e consumo de energia que é uma a duas ordens de magnitude menor do que os sistemas SOT ferromagnéticos convencionais. "

p As descobertas podem ter várias implicações, tanto para pesquisas futuras quanto para o desenvolvimento de novos dispositivos. Na verdade, além de fornecer novos insights sobre a comutação SOT em materiais ferrimagnéticos, seu trabalho apresenta um novo ultrarrápido, dispositivo altamente promissor e com eficiência energética.

p No futuro, o dispositivo apresentado em seu estudo pode ser usado para criar memórias não voláteis, que poderia substituir potencialmente as memórias de cache usadas em muitas CPUs atuais, em última análise, pavimentando o caminho para aplicativos de computação in-memory eficazes. Considerando que materiais ferrimagnéticos semelhantes foram comercializados para discos magneto-ópticos em 1998 e aplicados em uma escala de gigabytes no início dos anos 2000, o dispositivo pode provar ser uma rota comercial viável para tecnologias de memória.

p Enquanto os testes iniciais executados por Yang e seus colegas demonstram o potencial de seu dispositivo, vários problemas ainda precisam ser resolvidos antes que ele possa ser implementado em grande escala. Por exemplo, permitir a comutação determinística no dispositivo atualmente requer um campo magnético externo, o que limita bastante seu uso em aplicações de memória de acesso aleatório magnetoresistiva (MRAM) SOT.

p "Eliminar a necessidade do campo magnético externo será uma das principais direções para nosso futuro trabalho de pesquisa, "Yang disse." Isso pode ser alcançado por materiais de engenharia e estruturas de dispositivos. Enquanto isso, trabalharemos para buscar uma comutação mais rápida e eficiente em termos de energia, o que poderia nos ajudar a realizar a mudança de SOT com a escala de tempo para um regime de dezenas de picossegundos ou mesmo vários picossegundos. " p © 2020 Science X Network