Ein neuer Dreh bei der Speicherung von Daten mit geringer Leistung: Winzige Ferromagnete mit ultradünnen Isolierschichten

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Die Fähigkeit, die Magnetisierung von Elektroden aus Ferromagneten zu steuern, könnte dazu beitragen, energieeffizientere Geräte für Spintronik-Anwendungen zu entwickeln, einschließlich Datenspeichertechnologien, tragbare Elektronik und implantierbare medizinische Geräte.

Angeheizt durch die Nachfrage nach Informationsspeichertechnologien mit erhöhter Kapazität haben sich Miniaturgeräte, die als magnetische Tunnelübergänge (MTJs) bezeichnet werden, als vielversprechender Weg zur Speicherung großer Datenmengen herauskristallisiert.MTJs bestehen aus winzigen Ferromagneten, die durch eine ultradünne Isolierschicht getrennt sind.

Ihr elektrischer Widerstand kann zwischen niedrigen und hohen Zuständen umgeschaltet werden – entsprechend den binären Bits null und eins – und kann so zur Speicherung von Informationen in magnetoresistiven Direktzugriffsspeichern und anderen spintronischen Bauelementen verwendet werden.Traditionell wurde für dieses Schalten ein Magnetfeld, ein Spin-Orbit-Drehmoment oder ein Spin-Transfer-Drehmoment verwendet, das eine hohe elektrische Stromdichte an das Bauelement anlegt, das dann große Energiemengen dissipiert.

Nun haben Aitian Chen, KAUST-Kollegen und Wissenschaftler von der National University of Defense Technology in China, MTJs auf ferroelektrischen Substraten hergestellt.

Diese können allein durch Spannung gesteuert werden, was zu einer dramatischen Reduzierung des Energieverbrauchs führt.”Die Integration der Spintronik mit der Multiferroik ermöglicht die Kopplung der magnetischen und elektrischen Eigenschaften von MTJs und ist ein vielversprechender Ansatz für den energieeffizienten Betrieb von MTJs”, erklärt Chen.

Um die Spannung der MTJs zu kontrollieren, nutzten die Forscher zunächst die fortschrittlichen Sputter- und Lithographieanlagen von KAUST, um hochwertige MTJ-Filme auf die ferroelektrischen Substrate abzuscheiden.

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Als nächstes stellten sie die Geräte mittels Fotolithografie und Ionenfräsen her.Durch Anlegen einer Spannung an das ferroelektrische Substrat konnte das Team die Magnetisierungskonfiguration von MTJs zwischen antiparallelen und parallelen Zuständen umschalten, die jeweils einem hohen und einem niedrigen elektrischen Widerstand entsprechen.

Die Verwendung von Elektrodenpaaren auf dem ferroelektrischen Substrat zur Erzeugung einer….

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