L'étude est publiée dans Science Advances .

La spintronique antiferromagnétique a suscité un grand intérêt en raison de son énorme potentiel pour créer une mémoire antiferromagnétique ultra-dense et ultrarapide adaptée aux technologies de l'information modernes de haute performance.

La commutation électrique à 180° du vecteur Néel est un objectif à long terme pour produire une mémoire antiferromagnétique électriquement contrôlable en utilisant des vecteurs Néel opposés comme binaires « 0 » et « 1 ». Cependant, les mécanismes de commutation antiferromagnétiques de pointe ont longtemps été limités à une commutation à 90° ou 120° du vecteur Néel, ce qui nécessite inévitablement plusieurs canaux d'écriture qui contredisent l'intégration ultradense.

L'étude de la commutation électrique à 180° du vecteur Néel fait de l'antiferromagnétique à division de spin un nouveau candidat potentiel pour la mémoire ultrarapide.

Plus précisément, dans un antiferromagnétique colinéaire, le vecteur de Néel n a deux états stables :n₊ et n_- avec des barrières énergétiques symétriques. Pour laisser une asymétrie des barrières énergétiques, l'équipe dirigée par le professeur Liu Junwei, professeur agrégé au département de physique de HKUST, a proposé d'exercer un champ magnétique externe pour interagir avec le minuscule moment induit par le DMI.

Ensuite, le couple spin-orbite de type amortissement peut être utilisé pour amener le vecteur de Néel n à franchir la barrière de n₊ à n_- mais ne peut pas traverser celui opposé (Figure 1a). Comme le montre la figure 1b, la simulation du modèle de spin atomique montre que n peut être commuté de manière déterministe à l'état n₊ ou n_- en 0,1 ns. En intégrant les courbures de Berry non nulles sur les bandes de séparation de spin du modèle à liaison étroite, les conductivités de Hall anormales montrent une grande sensibilité à ces deux états n₊ et n_- , illustré à la figure 1c.

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Dans des expériences menées par le professeur Pan Feng et le professeur Song Cheng, de l'École de science et d'ingénierie des matériaux de l'Université Tsinghua, les bonnes performances cycliques d'un film mince antiferromagnétique de Mn5Si3 fabriqué sont illustrées à la figure 1d, ce qui signifie le courant de 180° entraîné par le courant. la commutation du vecteur Néel est robuste et durable.

En fait, l'équipe avait présenté il y a quelques années une nouvelle théorie sur le verrouillage de la vallée de spin (SVL) couplée en C dans Nature Communications. , indiquant une nouvelle façon d'induire la magnétisation dans un antiferromagnétique et posant les bases de la commutation du Néel Vector.

Comparés aux matériaux SVL classiques appariés en T, les matériaux SVL appariés en C créent des bandes de division de spin grâce au fort couplage d'échange entre les électrons itinérants et les moments magnétiques locaux au lieu du SOC.

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De plus, les vallées de division de spin sont associées à des directions de spin opposées grâce à une symétrie cristalline préservée plutôt qu'à une symétrie d'inversion du temps, comme le montre la figure 2. En pratique, un courant de déformation/charge peut être exercé pour briser ou affecter légèrement la symétrie cristalline et donc induire un courant de magnétisation / spin non colinéaire net.

Basé sur l'étude théorique et expérimentale de la commutation électrique à 180° et de la lecture du vecteur Néel dans Mn₅ Si₃ , des dispositifs de mémoire AFM contrôlables électriquement sont disponibles avec un rendement élevé et une reproductibilité élevée. Ce travail de base a permis la transformation de l'information entre les degrés de liberté de charge et de spin dans un antiferromagnétique, ouvrant la voie au développement rapide de la spintronique dans l'industrie électronique.

Avec son application potentielle en tant que périphérique de stockage, comme dans le disque dur d'un ordinateur, le matériau présente des avantages notables, notamment des vitesses de lecture et d'écriture améliorées, ainsi qu'une densité de stockage accrue.

À l'avenir, le professeur Liu espère que l'équipe explorera davantage de mécanismes de commutation et la physique sous-jacente, et tentera de rechercher des plates-formes matérielles plus appropriées et plus efficaces.