Bloco de construção para lógica spin-órbita magnetoelétrica abre novo caminho para tecnologias de baixa potência além do CMOS

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Crédito:Nature Communications (2024). DOI:10.1038/s41467-024-45868-x

Em artigo publicado na Nature Communications , uma equipe internacional liderada por pesquisadores do grupo Nanodevices do CIC nanoGUNE teve sucesso na comutação de magnetização baseada em tensão e na leitura de nanodispositivos magnetoelétricos spin-órbita. Este estudo constitui uma prova de princípio desses nanodispositivos, que são os blocos de construção da lógica magnetoelétrica spin-órbita (MESO), abrindo um novo caminho para tecnologias de baixa potência além do CMOS.

Um caminho para a comutação de magnetismo baseada em tensão e livre de campo magnético foi proposto usando materiais magnetoelétricos que exibem mais de uma das propriedades ferroicas primárias na mesma fase. Dentre várias combinações possíveis, espera-se que a coexistência de ferroeletricidade e ferromagnetismo permita o controle da magnetização através da comutação da polarização ferroelétrica com um campo elétrico.

Nesta categoria, ferrita de bismuto (BiFeO₃ ) tem sido o material mais estudado, exibindo um forte acoplamento entre as ordens antiferromagnética e ferroelétrica à temperatura ambiente.

O caminho para dispositivos baseados em multiferróicos tem sido longo e tortuoso, com resultados esparsos relatados. No entanto, espera-se que tais dispositivos possam reduzir as energias de escrita de magnetização para a faixa de attojoule, uma melhoria de várias ordens de grandeza quando comparado com dispositivos baseados em corrente de última geração.

Esta força motriz levou à recente proposta da lógica MESO, sugerindo um nanodispositivo baseado em spin adjacente a um multiferróico, onde a magnetização é comutada apenas com um pulso de tensão e é lida eletricamente usando fenômenos de conversão de corrente de spin para carga (SCC).

Agora, uma equipe de pesquisadores demonstrou a implementação experimental de tal dispositivo. A equipe fabricou nanodispositivos SCC em BiFeO₃ e analisou a reversibilidade da magnetização do CoFe ferromagnético usando uma combinação de resposta piezo e microscopia de força magnética, onde o estado de polarização do BiFeO₃ e a magnetização do CoFe são visualizadas durante a comutação.

Os pesquisadores então correlacionaram isso com experimentos SCC totalmente elétricos, onde pulsos de tensão foram aplicados para mudar o BiFeO₃ , revertendo a magnetização do CoFe (escrita) e diferentes tensões de saída do SCC foram medidas dependendo da direção da magnetização (leitura).

Os resultados publicados apoiam a comutação e leitura de magnetização baseada em tensão em nanodispositivos à temperatura ambiente, possibilitada pelo acoplamento de troca entre BiFeO multiferróico₃ e CoFe ferromagnético, para escrita, e SCC entre CoFe e Pt, para leitura.

Embora seja necessário mais trabalho em termos de controlabilidade e reprodutibilidade da comutação, especificamente em relação às texturas ferroelétricas e magnéticas em BiFeO₃ , esses resultados fornecem um passo importante em direção ao controle de tensão da magnetização em ímãs em nanoescala, essencial para futuros dispositivos lógicos e de memória baseados em spin de baixa potência.

Mais informações: Diogo C. Vaz et al, Comutação e leitura de magnetização baseada em tensão em nanodispositivos magnetoelétricos spin-órbita, Nature Communications (2024). DOI:10.1038/s41467-024-45868-x
Informações do diário: Comunicações da Natureza

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