Les chercheurs de Cornell ont donné une nouvelle tournure à la mesure et au contrôle des spins dans l'oxyde de nickel, dans le but d'améliorer la vitesse et la capacité de mémoire des appareils électroniques.

Leur papier, "Spin Seebeck Imaging of Spin-Torque Switching in Antiferromagnetic Pt/NiO Heterostructures" a été publié le 22 octobre dans Examen physique X .

L'une des spécialités de l'auteur senior Greg Fuchs, professeur agrégé de physique appliquée et d'ingénierie, est la spintronique—l'étude du spin (un type de moment angulaire qui peut enregistrer des informations) qui est responsable des propriétés magnétiques des électrons. Fuchs et son groupe s'efforcent de comprendre comment mesurer et manipuler ce magnétisme.

Plutôt que de mesurer le magnétisme avec les formes traditionnelles de microscopie magnétique, dans lesquelles les matériaux sont bombardés de lumière, électrons ou rayons X—Fuchs a été le pionnier d'une technique appelée microscopie magnéto-thermique. Dans cette méthode, la chaleur est appliquée au matériau dans une zone minuscule, et le magnétisme dans cette zone est mesuré par la tension électrique qui est générée. Cela permet à l'équipe de Fuchs de voir ce qui se passe lorsqu'ils manipulent les spins d'un matériau magnétique.

Le groupe Fuchs a exploré les matériaux antiferromagnétiques, qui sont uniques parce que leurs éléments magnétiques individuels - les minuscules morceaux de matériau qui mémorisent des informations en fonction de leur orientation - ne produisent pas de champ magnétique. Par conséquent, ils peuvent être entassés les uns contre les autres sans se déranger, permettant potentiellement un stockage haute densité. Les antiferroaimants sont des frères et sœurs encore plus rapides des ferroaimants, des matériaux magnétiques plus conventionnels qui produisent un moment magnétique. Les antiferromagnétiques ont le potentiel de fonctionner mille fois plus vite, selon Fuchs.

Mais comprendre le comportement des matériaux antiferromagnétiques n'est pas facile.

"Le matériau antiferromagnétique est difficile à étudier car tous les autres spins pointent dans la direction opposée, il n'y a donc pas de magnétisation nette, " Fuchs dit. " Il ne crée pas de champ magnétique. Cela ne se prête pas vraiment aux approches conventionnelles de la mesure magnétique. Il existe des installations de radiologie spécialisées qui peuvent le faire, mais il n'y en a pas beaucoup, et cela limite les mesures que vous pouvez faire. Vous avez donc très peu d'options."

Fuchs et son équipe ont conçu une solution intelligente pour contourner le problème en choisissant le bon type de matériau antiferromagnétique - l'oxyde de nickel - qui contient plusieurs plans de spin, avec les spins dans tous les autres plans pointant dans une direction opposée. Dans un sandwich d'oxyde de platine et de nickel, les spins à la frontière sont tous alignés parallèlement les uns aux autres, permettant aux chercheurs d'utiliser le flux de chaleur pour mesurer l'orientation des spins sans que le signal soit annulé.

Cet effet, appelé « effet Seebeck de spin interfacial, " avait déjà été démontré dans les métaux ferromagnétiques et les isolants, mais n'a été théorisé que pour les antiferromagnétiques. Personne auparavant ne l'avait démontré, et encore moins utilisé pour imager des échantillons antiferromagnétiques avec un équipement de laboratoire de table standard.

"L'imagerie des antiferromagnétiques nous permet de voir au microscope comment ils répondent aux stimuli externes, comme le courant électrique. Ces détails sont essentiels lorsque l'on essaie de fabriquer des dispositifs de mémoire antiferromagnétique, " dit l'auteur principal Isaiah Gray, un doctorat étudiant en physique appliquée.

"Vous pensez normalement aux antiferromagnétiques comme un écrou assez dur. Il est surprenant pour moi qu'une approche aussi relativement simple fonctionne, " Fuchs a déclaré. "Cela ouvre un tout nouveau domaine en termes de ce que vous pouvez faire dans les dispositifs antiferromagnétiques. Maintenant, je peux contrôler les textures de ces matériaux, et puis voyez comment les spins sont orientés."