Fig.1 :Un diagramme schématique du stockage d'informations à l'aide de dispositifs spintroniques conventionnels basés sur des ferromagnétiques (FM) (à gauche) et les dispositifs proposés basés sur des antiferromagnétiques (AFM) (à droite) (les flèches indiquent les moments magnétiques). Dans les appareils basés sur FM (à gauche), des bits d'information (état "1" ou "0") sont codés dans l'orientation (rouge/haut ou bleu/bas) des instants. La structure compensée des AFM (à droite) présente des avantages uniques tout en posant des obstacles importants en même temps. Crédit :Samik DuttaGupta et Shunsuke Fukami
La quête de paradigmes informatiques intelligents à haut débit - pour les mégadonnées et l'intelligence artificielle - et le volume toujours croissant d'informations numériques ont conduit à une demande accrue d'appareils électroniques de nouvelle génération à haute vitesse et à faible consommation d'énergie. Le monde "oublié" des antiferromagnétiques (AFM), une classe de matériaux magnétiques, offre des perspectives dans le développement futur de dispositifs électroniques et complète les technologies spintroniques actuelles à base de ferromagnétique (Fig. 1).
Les défis redoutables pour le développement de dispositifs spintroniques fonctionnels basés sur l'AFM sont la manipulation électrique à grande vitesse (enregistrement), détection (récupération), et assurer la stabilité des informations enregistrées, le tout dans un système de matériaux convivial pour l'industrie des semi-conducteurs.
Chercheurs de l'Université du Tohoku, Université de Nouvelle-Galles du Sud (Australie), ETH Zürich (Suisse), et Diamond Light Source (Royaume-Uni) ont démontré avec succès la commutation induite par le courant dans une hétérostructure antiferromagnétique métallique polycristalline avec une stabilité thermique élevée. Les résultats établis montrent un potentiel pour les technologies de stockage et de traitement de l'information.
Le groupe de recherche a utilisé une hétérostructure métallique AFM (PtMn)/métal lourd (HM) attrayante en raison de son anisotropie antiferromagnétique importante et de sa compatibilité avec l'électronique à base de silicium PtMn (Fig. 2 (a)). L'enregistrement électrique des états de résistance (1 ou 0) a été obtenu grâce à l'interaction spin-orbite de la couche HM; un courant de charge dans le HM adjacent a entraîné des couples spin-orbite agissant sur l'AFM, conduisant à un changement du niveau de résistance jusqu'à un régime de la microseconde (Fig. 2(b)).
Fig.2 :(a) Un diagramme schématique de la structure de pile développée. (b) Les résultats expérimentaux de la commutation induite par le courant de la structure AFM/HM PtMn/Pt sous le courant appliqué JPt dans la couche de Pt. La lecture des états antiferromagnétiques a été réalisée en mesurant la résistance de lecture de sortie (RHall). (c) La stabilité des états enregistrés (1 ou 0) a été étudiée en mesurant RHall pendant plusieurs heures. La zone hachurée en rouge et en bleu correspond à l'enregistrement électrique des états hautement résistifs ("1") ou faiblement résistifs ("0"). (ré), (e) Imagerie magnétique aux rayons X de la structure PtMn/Pt après application d'impulsions de courant. Les zones blanches et noires de l'image indiquent des régions de contraste magnétique opposé, représentant l'inversion de l'ordre antiferromagnétique. Crédit :Samik DuttaGupta et Shunsuke Fukami
"De façon intéressante, le degré de commutation est contrôlable par la force du courant dans la couche HM et montre des capacités de rétention de données à long terme, " a déclaré Samik Dutta Gupta, auteur correspondant de l'étude (Fig. 2(c)). « Les résultats expérimentaux des mesures électriques ont été complétés par une imagerie par rayons X magnétique, aider à clarifier la nature réversible de la dynamique de commutation localisée dans les domaines AFM de taille nm. " (Fig. 2 (d), (e)).
Les résultats sont la première démonstration de la commutation induite par le courant d'un AFM compatible avec l'industrie jusqu'au régime de la microseconde dans le domaine de la spintronique antiferromagnétique métallique. Ces résultats devraient ouvrir de nouvelles voies de recherche et encourager de nouvelles investigations vers la réalisation de dispositifs fonctionnels utilisant des AFM métalliques pour les technologies de stockage et de traitement de l'information.
