p O aumento da temperatura devido ao aquecimento Joule é reforçado pela resistência térmica interfacial na interface entre o ímã metálico (camada livre) e o isolador, pois a dissipação de calor é suprimida. O aumento da temperatura muda a direção do pólo magnético da camada livre (seta vermelha). A seta preta representa a direção do pólo magnético da camada fixa. Crédito:Universidade de Osaka, Instituto Nacional de Ciência e Tecnologia Industrial Avançada, e Grenoble Alpes University
p Pesquisadores da Universidade de Osaka, em colaboração com o Instituto Nacional de Ciência e Tecnologia Industrial Avançada (AIST) e a Universidade de Grenoble Alpes, relatam uma técnica eficiente para controlar a direção de um ímã de tamanho nanométrico por aquecimento em alta velocidade. Os pesquisadores também descobriram que os nanoímãs amplificam os sinais de microondas. As conquistas desse grupo contribuirão para a redução do consumo de energia de dispositivos de memória magnetorresistiva de acesso aleatório (MRAM) e de inteligência artificial (AI). Isso fará com que os dispositivos de IA leiam e gravem em sua memória com mais eficiência, suprimindo assim o consumo de energia das funções de IA, como aprendizado de máquina e tomada de decisão. Este é mais um passo para alcançar uma sociedade superinteligente. p Reduzir o consumo de energia dos dispositivos de informação e comunicação significa que eles podem continuar funcionando por um longo tempo, mesmo em tempos de desastre. Spintrônica é um campo amplamente pesquisado no qual a tecnologia MRAM foi desenvolvida usando junções de túnel magnético (MTJs). MRAM usa a direção de um pólo magnético para armazenar informações, para que ele possa reter a memória sem energia em espera. Usando essas tecnologias, pesquisadores tentaram reduzir o consumo de energia dos dispositivos de IA.
p Ao controlar o alinhamento magnético de um MTJ usando uma pequena corrente e voltagem, é possível reduzir o consumo de energia do dispositivo. No entanto, o problema para MRAM de torque de transferência de rotação (STT-MRAM) é que sua tensão aumenta rapidamente quando sua velocidade de gravação é alta, usando uma grande quantidade de energia.
p O grupo de pesquisa descobriu que é possível escrever informações usando menos energia do que STT-MRAM, alterando a anisotropia magnética em um MTJ por meio do controle da tensão aplicada. Para tornar este método prático, é necessário aumentar a magnitude da anisotropia magnética controlada por voltagem. Além de encontrar materiais adequados, outros métodos para alterar a anisotropia magnética têm sido procurados.
p Dependência da tensão DC da anisotropia do pólo magnético da camada livre. Os quadrados preenchidos e abertos representam a direção da varredura de tensão. A linha vermelha é o ajuste dos dados. As linhas tracejadas amarelas e azuis representam os componentes lineares e quadráticos do acessório, respectivamente. O primeiro é a mudança de anisotropia magnética linear induzida por voltagem convencional, e o último é a alteração da anisotropia magnética induzida pelo aquecimento de Joule. Crédito:Universidade de Osaka, Instituto Nacional de Ciência e Tecnologia Industrial Avançada, e Grenoble Alpes University
p Os pesquisadores conseguiram induzir uma mudança na anisotropia magnética gigante em um MTJ com camadas duplas de isolador por aquecimento Joule. À medida que a temperatura na camada de metal (livre) de um MTJ aumenta, mudanças de anisotropia magnética, assim, torna-se possível mudar a direção de um pólo magnético. Eles descobriram que a anisotropia magnética dependia da tensão de polarização devido ao aquecimento Joule. Isso mostra que o aumento da temperatura induzido pelo aquecimento Joule alterou a anisotropia magnética. Quando os pesquisadores avaliaram o valor máximo da alteração da anisotropia magnética para um determinado campo elétrico, o tamanho do efeito de calor foi 300 fJ / Vm, que era quase o mesmo que o valor máximo relatado do controle rápido de tensão da anisotropia magnética (VCMA) usando efeito eletrônico puro. Embora a corrente de efeito de calor seja muito maior em comparação com VCMA, é mais eficiente que o STT para aplicações de alta velocidade. Além disso, este valor aumentará melhorando o sistema de aquecimento em um MTJ.
p O grupo de pesquisa também descobriu que um microondas foi amplificado por um MTJ usando a mudança de anisotropia magnética gigante. A amplificação de micro-ondas já havia sido tentada usando um campo magnético de frequência de micro-ondas; Contudo, a potência de microondas obtida por métodos convencionais foi de 0,005, e não houve amplificação. O grupo alcançou uma refletividade de potência de microondas de 1,6 com um campo magnético de 50 mT e uma frequência de microondas de 0,4 GHz; isso é, o micro-ondas foi amplificado em aproximadamente 60 por cento em comparação com o micro-ondas de entrada.
p Esquema da amplificação de microondas (esquerda) e dependência do campo magnético dos espectros de refletividade de potência de microondas (direita). A micro-ondas refletida é amplificada pela voltagem CC (V dc ) MTJ tendencioso. Em nosso experimento, obtivemos uma refletividade de potência de microondas de mais de 1,6 sob um campo magnético externo de 50 mT e frequência de 0,4 GHz. Crédito:Universidade de Osaka, Instituto Nacional de Ciência e Tecnologia Industrial Avançada, e Grenoble Alpes University
p O primeiro autor Minori Goto diz:"Nosso estudo é o primeiro relatório de amplificação de microondas usando dispositivos spintrônicos. Essa pesquisa abrirá o caminho para o desenvolvimento de dispositivos de microondas de alto desempenho. prevemos que nossa tecnologia será aplicada a novos dispositivos de micro-ondas com alta sensibilidade e alto rendimento. Isso também contribuirá para a tecnologia de baixo consumo de energia para hardware MRAM e AI. "
