Aprimorando a tecnologia de memória:nanopontos multiferróicos para armazenamento magnético de baixo consumo de energia
Nanopontos BFCO de 60 nm, com estruturas de domínio único, são promissores para dispositivos de memória magnética não volátil de alta densidade e baixo consumo de energia. Crédito:Tokyo Tech Os dispositivos de memória tradicionais são voláteis e os atuais não voláteis dependem de materiais ferromagnéticos ou ferroelétricos para armazenamento de dados. Em dispositivos ferromagnéticos, os dados são escritos ou armazenados alinhando momentos magnéticos, enquanto em dispositivos ferroelétricos, o armazenamento de dados depende do alinhamento de dipolos elétricos.
No entanto, gerar e manipular campos magnéticos consome muita energia e, em dispositivos de memória ferroelétricos, a leitura de dados destrói o estado polarizado, exigindo que a célula de memória seja reescrita.
Materiais multiferróicos, que contêm ordens ferroelétricas e ferromagnéticas, oferecem uma solução promissora para uma tecnologia de memória mais eficiente e versátil. BiFeO substituído por cobalto3 (BiFe0,9 Co0,1 O3 , BFCO) é um material multiferróico que exibe forte acoplamento magnetoelétrico, o que significa que mudanças na polarização elétrica afetam a magnetização.
Como resultado, os dados podem ser escritos usando campos elétricos, o que é mais eficiente em termos energéticos do que a geração de campos magnéticos, e lidos usando campos magnéticos, o que evita o processo de leitura destrutivo.
Em um marco significativo para dispositivos de memória multiferróica, uma equipe de pesquisadores liderada pelo professor Masaki Azuma e pelo professor assistente Kei Shigematsu do Instituto de Tecnologia de Tóquio, no Japão, desenvolveu com sucesso nanopontos com domínios ferroelétricos e ferromagnéticos únicos.
"No Cluster de Pesquisa Colaborativa de Dispositivos Ecológicos de Próxima Geração da Sumitomo Chemical, dentro do Instituto de Pesquisa Inovadora do Instituto de Tecnologia de Tóquio, há um foco em materiais multiferróicos que exibem respostas de correlação cruzada entre propriedades magnéticas e elétricas com base nos princípios de forte sistemas eletrônicos correlacionados.
“O centro visa desenvolver materiais e processos para dispositivos de memória magnética não volátil de baixo consumo de energia da próxima geração, bem como realizar avaliações de confiabilidade e implementação social”, diz Azuma.
Em seu estudo publicado na revista ACS Applied Materials &Interfaces em 9 de abril de 2024, os pesquisadores utilizaram deposição de laser pulsado para depositar BFCO multiferróico em um Nb condutor:SrTiO3 (001) substrato. Eles controlaram o processo de deposição usando máscaras de óxido de alumínio anodizado (AAO) com tamanhos de poros ajustáveis, resultando em nanopontos com diâmetros de 60 nm e 190 nm.
BFCO é uma opção promissora para dispositivos de memória magnética não volátil e de baixa potência, pois sua direção de magnetização pode ser invertida com um campo elétrico. Ao observar as direções de polarização e magnetização usando microscopia de força de resposta piezo e microscopia de força magnética, respectivamente, os pesquisadores descobriram que os nanopontos exibem estruturas de domínio ferroelétrico e ferromagnético correlacionadas.
Curiosamente, ao comparar nanopontos de tamanhos diferentes, notaram diferenças significativas. O nanoponto menor de 60 nm, feito usando uma máscara AAO de ácido oxálico, mostrou domínios ferroelétricos e ferromagnéticos únicos, onde as direções de polarização e magnetização são totalmente uniformes.
No entanto, o nanoponto maior de 190 nm, formado usando uma máscara AAO de ácido malônico, tinha estruturas ferroelétricas e magnéticas de vórtice de múltiplos domínios, indicando forte acoplamento magnetoelétrico.
"Essa estrutura de domínio único de ferroeletricidade e ferromagnetismo seria uma plataforma ideal para investigar o BFCO como um dispositivo de memória de leitura magnética de escrita de campo elétrico, e estruturas de múltiplos domínios oferecem um playground para pesquisas fundamentais", diz Shigematsu.
Dispositivos de memória magnética não volátil são cruciais para diversas aplicações eletrônicas, pois retêm informações armazenadas mesmo quando a energia é desligada. Com sua composição única de domínios ferromagnéticos e ferroelétricos únicos, os nanopontos BFCO de 60 nm apresentam grande potencial para a criação de dispositivos de memória magnética que requerem energia elétrica mínima para operações de escrita e leitura.
