Figure.1.(Gauche) Image de microscopie électronique à transmission. Nous avons préparé un aimant nanométrique en FePt qui est contrôlé atomiquement. (À droite) Nous avons appliqué des tensions externes à l'échantillon et réalisé une expérience d'absorption des rayons X synchrotron. Crédit :Université d'Osaka
Un groupe de recherche dirigé par l'Université d'Osaka a découvert un nouveau principe pour réaliser une mémoire magnétique ultra-efficace en énergie en contrôlant électriquement les formes des atomes.
Mémoire magnétique non volatile utilisant des aimants de taille nanométrique, MRAM (mémoire à accès aléatoire magnétorésistive), l'inversion de magnétisation requise en appliquant une tension. Ainsi, une inversion de magnétisation ultra-efficace en énergie en nanosecondes est préférable. Cependant, figure de mérite de la technologie actuelle, anisotropie magnétique contrôlée en tension (VCMA), était inférieur à un dixième du niveau nécessaire pour l'application. Il est important de développer l'effet VCMA en utilisant les nouveaux matériaux.
Professeur agrégé Shinji MIWA à l'Université d'Osaka, Dr Motohiro SUZUKI à l'Institut japonais de recherche sur le rayonnement synchrotron, Professeur assistant Masahito TSUJIKAWA à l'Université de Tohoku, Dr. Takayuki NOZAKI à l'Institut national des sciences et technologies industrielles avancées, et le Dr Tadakatsu OHKUBO à l'Institut national des sciences des matériaux, a réalisé une couche monoatomique de platine placée sur du fer ferromagnétique (système FePt|MgO) qui a été contrôlée au niveau atomique. (Figure.1. Gauche)
Puisqu'il existe une corrélation entre une interaction spin-orbite et un VCMA, ce groupe s'est concentré sur FePt|MgO, qui contient du platine avec de grandes interactions spin-orbite. En utilisant le FePt|MgO, ce groupe a mené des expériences afin de clarifier le VCMA sur les lignes de rayons X de l'installation de rayonnement synchrotron SPring-8. (Figure.1. À droite)
Figure 2. L'anisotropie magnétique de contrôle de tension est de 30 fJ/Vm dans le système Fe-MgO, et celle de FePt est de 140 fJ/Vm. Dans cette étude, nous trouvons que l'anisotropie magnétique contrôlée en tension dans le système FePt possède deux mécanismes. Nous trouvons également que FePt possède potentiellement un coefficient d'anisotropie magnétique contrôlé en tension supérieur à 1000 fJ/Vm. Crédit :Université d'Osaka
A partir de ces expériences et calculs théoriques, ce groupe a découvert que le système FePt|MgO qui a démontré un VCMA de 140 fJ/Vm avait deux mécanismes différents et possède potentiellement un énorme VCMA au-delà de 1, 000 fJ/Vm. (Figure 2.)
Ce groupe a observé des changements dans le terme du dipôle magnétique par la tension dans l'expérience à SPring-8. A partir de calculs théoriques, il s'est avéré que, dans le système FePt|MgO, les VCMA du mécanisme A classiquement connu (le moment magnétique orbital inductino) et du mécanisme B nouvellement découvert (terme dipolaire magnétique inductino) ont été partiellement annulés l'un par l'autre, résultant en un VCMA de 140 fJ/Vm.
Comme le montre la figure 2, Les mécanismes A et B ont une valeur VCMA de 1, 000 fJ/Vm ou plus, ainsi concevoir des matériaux pour créer un effet synergique permettra le développement de matériaux avec un VCMA de 1, 000 fJ/Vm ou plus.
L'utilisation des réalisations de ce groupe dans la conception des matériaux permettra d'obtenir un VCMA de 10 fois supérieur à celui des matériaux existants, ce qui permettra une mémoire non volatile à économie d'énergie qui peut réduire la génération de chaleur.
Figure 3. L'anisotropie magnétique contrôlée par la tension du nano-aimant FePt opère deux mécanismes. Le mécanisme bien connu A peut être décrit par dopage de charge, et cela peut être confirmé en mesurant le moment magnétique orbital. Le nouveau mécanisme B peut être décrit par la redistribution des charges, et cela peut être confirmé en mesurant le moment dipolaire magnétique. Crédit :Université d'Osaka
