Commutation basse température pour x =0,31 (a), 0,34 (b), et 0,35 (c) illustre la stabilité et la réponse améliorée tout en partant de la valeur x =1/3. Une illustration du treillis de fer est présentée pour les régimes concernés :postes vacants (a), stoechiométrique (b), et interstitiels (c). Crédit :Maniv et al.
Au cours de la dernière décennie, les physiciens et les ingénieurs ont essayé d'identifier de nouveaux matériaux qui pourraient permettre le développement d'appareils électroniques plus rapides, plus petit et plus robuste. Cela est devenu de plus en plus crucial, car les technologies existantes sont constituées de matériaux qui approchent progressivement de leurs limites physiques.
La spintronique antiferromagnétique (AFM) est un dispositif ou un composant électronique qui couple un courant de charge à la « texture » de spin ordonnée de matériaux spécifiques. En physique, le terme spin fait référence au moment angulaire intrinsèque observé dans les électrons et autres particules.
Le développement réussi de la spintronique AFM pourrait avoir des implications très importantes, car cela pourrait conduire à la création de dispositifs ou de composants qui dépassent la loi de Moore, un principe introduit pour la première fois par le fabricant de puces électroniques Gordon Earle Moore. La loi de Moore stipule essentiellement que la mémoire, On peut s'attendre à ce que la vitesse et les performances des ordinateurs doublent tous les deux ans en raison de l'augmentation du nombre de transistors qu'une micropuce peut contenir.
Alors que les technologies actuelles atteignent leurs limites physiques, La spintronique AFM pourrait considérablement surpasser les appareils existants en termes de vitesse et de performances, bien au-delà de la loi de Moore. Malgré leurs qualités avantageuses, trouver des matériaux ayant les caractéristiques exactes nécessaires à la fabrication de l'électronique de spin AFM s'est jusqu'à présent avéré très difficile.
Des chercheurs du Lawrence Berkeley National Laboratory, L'UC Berkeley et le National High Magnetic Field Laboratory de Tallahassee ont récemment identifié un nouveau matériau quantique (Fe
« L'ouvrage publié dans Avancées scientifiques a été motivé par notre précédente publication, qui a démontré pour la première fois une commutation antiferromagnétique dans les composés intercalés à base de dichalcogénure de métal de transition (TMD), " James G. Analytis, l'un des chercheurs qui a mené l'étude, dit Phys.org. « Dans notre autre étude récente, présenté dans Physique de la nature , nous avons montré que ces mêmes matériaux ont un énorme « biais d'échange », une propriété qui peut être utilisée pour les valves de spin pour garantir que le transport du spin dans les dispositifs spintroniques se déplace dans un sens mais pas dans un autre.
Analytis et ses collègues ont découvert que les densités de courant ultra-faibles permettaient une commutation électrique très stable dans les TMD, qui se sont révélées très prometteuses pour le développement de nouvelles technologies. Par rapport à d'autres systèmes antiferromagnétiques commutables connus, En réalité, ces matériaux présentaient des caractéristiques supplémentaires telles qu'une saturation en une seule impulsion et une énergie d'activation significativement inférieure (deux ordres de grandeur inférieurs).
Les chercheurs ne savaient pas pourquoi ces matériaux présentaient ces caractéristiques de commutation extraordinaires. Une observation qui, selon eux, pourrait les aider à résoudre cette énigme était que les matériaux présentaient une phase magnétique désordonnée supplémentaire, connu sous le nom de verre de spin, qui coexiste avec la phase antiferromagnétique.
"Nos recherches en cours montrent que cette coexistence de phase est fortement influencée par la valeur d'intercalation du fer, et par conséquent, il détermine comment ce système répondra à l'injection d'impulsions électriques en courant continu, " Eran Maniv, l'auteur principal du projet, dit Phys.org. "Nos nouvelles données ont montré que la commutation n'est prononcée que lorsque les deux phases coexistent et est considérablement supprimée lorsque la phase de verre de spin est absente."
L'objectif principal des études récentes des chercheurs était de comprendre comment la coexistence du verre de spin et des phases antiferromagnétiques dans les dichalcogénures de métaux de transition pourrait avoir un impact sur leurs capacités de commutation électrique. Plus précisement, Analyse, Maniv et leurs collègues espéraient dévoiler la physique derrière le mécanisme qui améliore la commutation antiferromagnétique dans ces matériaux.
Un verre de spin est un système magnétique qui présente des interactions magnétiques réparties de manière aléatoire et conflictuelles. Il pourrait être grossièrement décrit comme un aimant désordonné. L'état du verre de spin, que les chercheurs ont observé dans les dichalcogénures de métaux de transition, n'est pas présent dans les systèmes antiferromagnétiques commutables existants.
"Contrairement à un ferromagnétique ou à un antiferromagnétique où les spins pointent dans des directions spécifiques, les points de rotation d'un verre de spin, en moyenne, dans tous les sens, " Analytis a dit. " Cependant, les spins d'un spin glass sont toujours collés les uns aux autres, tout comme les spins d'un ferromagnétique ou d'un AFM. Cela les fait avancer ensemble, permettant une dynamique dite collective. L'origine du nouveau mécanisme de commutation amélioré que nous avons observé réside dans la dynamique collective d'un verre de spin."
Maniv, Analytis et leurs collègues ont découvert que lorsqu'une impulsion de courant électrique est injectée dans un verre de spin, ses spins tournent collectivement. Ce phénomène se produit en raison de la nature désordonnée de la phase vitreuse, ce qui permet aux spins gelés de tourner à l'unisson sans aucun coût énergétique supplémentaire.
Les chercheurs ont observé que le mouvement collectif du verre de spin peut conférer un couple de spin à la phase antiferromagnétique coexistante, qui fait finalement tourner les spins d'un AFM, de sorte que leurs domaines pointent principalement dans une direction. La rotation collective des spins est le mécanisme clé derrière la commutation améliorée présentée par les TMD. De façon intéressante, les chercheurs ont découvert que l'interaction entre le verre de spin et les phases AFM donne également lieu au biais d'échange géant rapporté dans leur récent article publié dans Nature Physics.
"Cette commutation antiferromagnétique, montrant des domaines à impulsion unique avec une efficacité élevée, n'a jamais été observé, jusqu'à maintenant, " a déclaré Maniv. " La capacité de contrôler et d'améliorer considérablement la commutation antiferromagnétique hautement souhaitable est une percée dans les technologies liées à la spintronique. De plus, révéler cet effet dans le riche terrain de jeu des TMD permettra de futures études de température ambiante et des caractéristiques améliorées. »
Remarquablement, le nouveau système magnétique et commutable identifié par Analytis et ses collègues a une dynamique ultra-rapide, est robuste aux champs magnétiques et s'active également à des densités de courant plus faibles que tout autre matériau connu. La réponse de ce système aux impulsions électriques permet une activation à impulsion unique très efficace et des états de commutation bien plus stables et puissants que ceux observés dans d'autres matériaux antiferromagnétiques connus.
"L'une de nos observations les plus frappantes était la présence possible des "modes Halperin-Saslow (HS)" théoriquement prédits (c'est-à-dire, ondes de spin dans un verre de spin), " a déclaré Maniv. " Ces ondes de spin devraient se former dans certaines phases de verre de spin et sont directement liées au mouvement collectif global permis par les impulsions de courant électrique. "
Les modes HS sont des modes hydrodynamiques qui, selon les prédictions des physiciens Halperin et Saslow, existeraient dans les verres de spin. Bien qu'Analytis et ses collègues n'aient pas observé ces modes directement, ils ont trouvé des indices qui pourraient ouvrir la voie à leur réalisation expérimentale. C'est une découverte particulièrement intéressante, car les chercheurs tentent d'observer directement ces modes depuis des décennies.
« Nous avons maintenant l'intention de nous concentrer sur la révélation des modes d'onde de spin verre-spin (c'est-à-dire, modes HS), " Analytis a déclaré. " Un de mes co-auteurs sur le travail, Shannon Haley, dirige maintenant de nouvelles expériences pour étudier la commutation non locale dans des échantillons fabriqués par faisceau d'ions focalisés. En outre, nous avons l'intention d'étudier divers TMD intercalés qui peuvent présenter des effets similaires mais à des températures différentes, nous permettant d'accéder à ce nouveau mécanisme à température ambiante."
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