(Phys.org) - Les chercheurs ont démontré que le revêtement d'un film de cobalt dans du graphène double l'anisotropie magnétique perpendiculaire (PMA) du film, de sorte qu'elle atteint une valeur 20 fois supérieure à celle des multicouches métalliques cobalt/platine traditionnelles recherchées pour cette propriété. Dans un matériau à fort PMA, l'aimantation est orientée perpendiculairement à l'interface des couches du matériau. Des matériaux à haute teneur en PMA sont à l'étude pour leurs applications dans les dispositifs spintroniques de nouvelle génération, telles que les mémoires haute densité et les portes logiques tolérantes à la chaleur.
Les chercheurs, Hongxin Yang, et al., ont publié un article sur l'amélioration géante du PMA dans un récent numéro de Lettres nano .

En général, Les dispositifs spintroniques fonctionnent en utilisant des champs magnétiques et électriques pour commuter les spins des électrons entre leurs deux états, qui permet aux spins d'être utilisés comme supports d'informations binaires. L'un des objectifs dans ce domaine est de réduire la taille des dispositifs spintroniques tout en atteignant une rétention d'information à long terme de plus de 10 ans. Pour ce faire, le matériel de stockage doit avoir une grande PMA.

"L'anisotropie magnétique perpendiculaire (PMA) aux interfaces ferromagnétique métal de transition/isolant est devenue d'un grand intérêt dans le contexte du développement de divers dispositifs spintroniques, " co-auteur Mairbek Chshiev, physicien théoricien et professeur à l'université Joseph Fourier de Grenoble, La France, Raconté Phys.org . "L'amélioration du PMA efficace pourrait être obtenue soit en augmentant le PMA de surface, soit en minimisant la magnétisation de saturation de la couche de stockage. Les hétérostructures de co-graphène présentées dans le manuscrit bénéficient de ces deux propriétés."

Comme l'expliquent les chercheurs dans leur article, l'amélioration du PMA dans les films de cobalt revêtus de graphène provient du niveau atomique, où le graphène affecte l'énergie des différentes orbitales électroniques du cobalt. Le revêtement de graphène modifie la façon dont ces orbitales se chevauchent, qui à son tour change la direction du champ magnétique global du film de cobalt :une partie de l'aimantation qui était à l'origine parallèle à la surface du film est maintenant orientée perpendiculairement à la surface du film.

Le cobalt recouvert de graphène a un autre avantage, c'est-à-dire que le film peut être considérablement plus épais que d'autres matériaux à haute teneur en PMA. Typiquement, les matériaux à haute teneur en PMA ne peuvent avoir qu'une épaisseur d'environ cinq couches avant que leur magnétisme perpendiculaire ne commence spontanément à se réorienter dans la direction parallèle. Les chercheurs ont démontré ici que le cobalt recouvert de graphène peut maintenir son orientation perpendiculaire même à 13 couches d'épaisseur, ce qui est un autre avantage pour les applications.

« Pour optimiser davantage l'évolutivité de la réduction de la taille des dispositifs spintroniques, le PMA effectif de la couche de stockage doit être maximisé afin que le facteur de stabilité thermique reste suffisamment élevé pour obtenir une rétention à long terme dans les applications gigabit, " a déclaré Chchiev.

Les chercheurs espèrent que ces résultats, qui démontrent la grande amélioration PMA fournie par le revêtement de graphène, fera des structures graphène-cobalt des candidats prometteurs pour les futurs dispositifs spintroniques. Ils prévoient de continuer à étudier d'autres matériaux à haute teneur en PMA à l'avenir.

"Nous explorerons d'autres combinaisons de matériaux avec un faible couplage spin-orbite mais des valeurs PMA élevées pour les dispositifs spintroniques traditionnels et à graphène en géométrie verticale, y compris les jonctions tunnel magnétiques, " a déclaré Chshiev. " Les phénomènes d'orbitronique de spin dans les dispositifs latéraux à base de graphène seront également explorés. "

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