Materiały topologiczne wyznaczają nową ścieżkę eksploracji przędzalni

Grupa badaczy poczyniła ogromne postępy, które mogą zrewolucjonizować elektronikę nowej generacji, umożliwiając zerową zmienność, integrację na dużą skalę, niskie zużycie energii, dużą prędkość i wysoką niezawodność w urządzeniach spintronicznych.

Szczegóły ich odkryć opublikowano w czasopiśmie Przegląd fizyczny b 25 sierpnia 2023 r.

Urządzenia spintroniczne, reprezentowane przez magnetyczną pamięć o dostępie swobodnym (MRAM), wykorzystują kierunek namagnesowania materiałów magnetycznych do przechowywania informacji i polegają na prądzie spinowym, czyli przepływie obrotowego momentu pędu, do odczytu i zapisu danych.

Konwencjonalna elektronika półprzewodnikowa napotkała ograniczenia w osiąganiu tych właściwości.

Jednakże pojawienie się trójpinowych urządzeń Spintronic, które wykorzystują oddzielne ścieżki prądowe do zapisu i odczytu informacji, oferuje rozwiązanie, redukując jednocześnie błędy zapisu i zwiększając prędkość zapisu. Jednakże wyzwanie polegające na minimalizacji zużycia energii podczas zapisywania informacji, w szczególności przełączania magnesowania, pozostaje poważnym problemem.

Obiecującym sposobem ograniczenia zużycia energii podczas zapisywania informacji jest wykorzystanie spinowego efektu Halla, w którym spinowy moment pędu (prąd wirowy) przepływa stycznie do prądu elektrycznego. Wyzwaniem jest identyfikacja materiałów wykazujących efekt Halla o dużym wirowaniu, a zadanie to przyćmiewa brak jasnych wytycznych.

„Zwróciliśmy naszą uwagę na unikalny związek znany jako siarka kobaltowo-cynowa (Co₃wiek₂S₂„, które wykazują właściwości ferromagnetyczne w niskich temperaturach poniżej 177 K (-96°C) i zachowują się magnetycznie w temperaturze pokojowej” – wyjaśniają Yong-Chang Lau i Takeshi Seki, obaj z Instytutu Badań Materiałowych (IMR) Uniwersytetu Tohoku i ich współpracownicy – ​​autorzy Studium.” Warto zaznaczyć, że firma₃wiek₂S₂ Jest klasyfikowany jako materiał topologiczny i wykazuje znacząco anomalny efekt Halla, gdy przechodzi w stan ferromagnetyczny ze względu na swoją charakterystyczną strukturę elektronową.

Lau, Seki i współpracownicy wykorzystali obliczenia teoretyczne do zbadania stanów elektronowych zarówno paramagnetycznych, jak i paramagnetycznych siarczanów węgla.₃wiek₂S₂, ujawniając, że doping elektroniczny wzmacnia efekt Halla wirowania. Aby potwierdzić tę teoretyczną prognozę, cienkie warstwy Co₃wiek₂S₂ Zsyntetyzowano częściowo podstawiony nikiel (Ni) i ind (In). Doświadczenia te udowodniły, że firma₃wiek₂S₂ wykazał najbardziej znaczący anomalny efekt Halla, podczas gdy (Co₂nie) wiek₂S₂ wykazują najbardziej znaczący spinowy efekt Halla, co jest ściśle zgodne z oczekiwaniami teoretycznymi.

„Odkryliśmy złożoną relację między efektami Halla, wyznaczając wyraźną ścieżkę do odkrycia nowych materiałów Spin Hall poprzez wykorzystanie istniejącej literatury jako przewodnika” – dodaje Seki. „Mamy nadzieję, że przyspieszy to rozwój urządzeń spintronicznych o bardzo niskim zużyciu energii, co stanowi kluczowy krok w kierunku przyszłości elektroniki”.

Szczegóły publikacji:

Tytuł: Spójny anomalny efekt Halla i spinowy efekt Halla w filmach Chandite’a na bazie Co3Sn2S2

Autorzy: Yongzhang Lao, Junya Ikeda, Kohei Fujiwara, Akihiro Ozawa, Jiaxin Cheng, Takeshi Seki, Kentaro Nomura, Liang Du, Quanxing Wu, Atsushi Tsukazaki i Koki Takanashi

Czasopismo: Physical Review B

Identyfikator cyfrowy: 10.1103/PhysRevB.108.064429