La figure schématique illustre le concept et le comportement de la magnétorésistance. Les spins sont générés dans des isolants topologiques. Ceux à l'interface entre le ferromagnétique et les isolants topologiques interagissent avec le ferromagnétique et entraînent une résistance élevée ou faible du dispositif, en fonction des directions relatives de l'aimantation et des spins. Crédit :Université du Minnesota
A partir de diverses bandes magnétiques, disquettes et disques durs informatiques, les matériaux magnétiques stockent nos informations électroniques ainsi que nos précieuses connaissances et mémoires depuis plus d'un demi-siècle.
Au cours des dernières années, les phénomènes de nouveaux types connus sous le nom de magnétorésistance, qui est la tendance d'un matériau à modifier sa résistance électrique lorsqu'un champ magnétique appliqué de l'extérieur ou sa propre magnétisation est modifié, a trouvé son succès dans les têtes de lecture des disques durs, les capteurs de champ magnétique et l'étoile montante des technologies de mémoire, la mémoire vive magnétorésistive.
Une nouvelle découverte, dirigé par des chercheurs de l'Université du Minnesota, démontre l'existence d'un nouveau type de magnétorésistance impliquant des isolants topologiques qui pourraient entraîner des améliorations dans le futur calcul et stockage informatique. Les détails de leurs recherches sont publiés dans le dernier numéro de la revue scientifique Communication Nature .
"Notre découverte est une pièce manquante du puzzle pour améliorer l'avenir de l'informatique basse consommation et de la mémoire pour l'industrie des semi-conducteurs, y compris l'informatique de type cerveau et les puces pour les robots et la mémoire magnétique 3D, " a déclaré Jian-Ping Wang, professeur de génie électrique et informatique à l'Université du Minnesota, Robert F. Hartmann, directeur du Centre des matériaux spintroniques, Interfaces, et Novel Structures (C-SPIN) basé à l'Université du Minnesota et co-auteur de l'étude.
Technologie émergente utilisant des isolants topologiques
Alors que l'enregistrement magnétique domine toujours les applications de stockage de données, la mémoire vive magnétorésistive trouve progressivement sa place dans le domaine de la mémoire de calcul. De l'exterieur, ils sont différents des disques durs qui ont des disques en rotation mécanique et des têtes oscillantes - ils ressemblent davantage à tout autre type de mémoire. Ce sont des puces (à semi-conducteurs) que vous trouverez soudées sur des circuits imprimés dans un ordinateur ou un appareil mobile.
Récemment, un groupe de matériaux appelés isolants topologiques s'est avéré améliorer encore l'efficacité énergétique d'écriture des cellules de mémoire vive magnétorésistive en électronique. Cependant, la nouvelle géométrie de l'appareil exige un nouveau phénomène de magnétorésistance pour accomplir la fonction de lecture de la cellule mémoire dans le système et le réseau 3D.
Suite à la découverte récente de la magnétorésistance Hall de spin unidirectionnelle dans un système de matériaux bicouches métalliques conventionnels, des chercheurs de l'Université du Minnesota ont collaboré avec des collègues de la Pennsylvania State University et ont démontré pour la première fois l'existence d'une telle magnétorésistance dans les bicouches topologiques isolant-ferromagnétique.
L'étude confirme l'existence d'une telle magnétorésistance unidirectionnelle et révèle que l'adoption d'isolants topologiques, par rapport aux métaux lourds, double les performances de magnétorésistance à 150 Kelvin (-123,15 Celsius). Du point de vue applicatif, ce travail fournit la pièce manquante du puzzle pour créer une proposition de dispositif de calcul et de mémoire de type 3D et cross-bar impliquant des isolants topologiques en ajoutant la fonctionnalité de lecture auparavant manquante ou très gênante.
