Schémas de structures pour trois types de schémas d'aimantation induite par un couple de spin-orbite. (a) La première structure précédente où l'aimantation est perpendiculaire au plan du film. (b) La deuxième structure précédente où l'aimantation est dans le plan et orthogonale au courant de canal. (c) La nouvelle structure où l'aimantation est dans le plan et colinéaire avec le courant. Crédit :Shunsuke Fukami
Le groupe de recherche du professeur Hideo Ohno et du professeur agrégé Shunsuke Fukami de l'Université de Tohoku a développé un dispositif de mémoire magnétique de nouvelle structure utilisant la commutation de magnétisation induite par le couple spin-orbite.
Pendant ces deux décennies, beaucoup d'efforts ont été consacrés au développement de mémoires magnétiques à accès aléatoire (MRAM), qui stockent des informations comme la direction de magnétisation d'un aimant. Puisque l'aimantation peut, être en général, être inversé à grande vitesse de manière illimitée, les MRAM sont considérées comme un remplacement prometteur pour les mémoires de travail à base de semi-conducteurs actuellement utilisées telles que les mémoires statiques à accès aléatoire (SRAM) et les mémoires dynamiques à accès aléatoire (DRAM), qui sont maintenant confrontés à plusieurs problèmes graves.
La question centrale du développement de la MRAM est de savoir comment réaliser efficacement l'inversion de l'aimantation.
Récemment, La commutation de magnétisation induite par le couple spin-orbite (SOT) - où les couples provoqués par un courant dans le plan à travers les interactions spin-orbite sont utilisés - a été démontrée et étudiée de manière intensive. En principe, la commutation induite par SOT permet une inversion de magnétisation ultrarapide dans une échelle de temps de la nanoseconde.
Le groupe de recherche de l'Université de Tohoku a montré un nouveau schéma de commutation de magnétisation induite par SOT. Alors qu'il y avait eu deux types de schémas de commutation où l'aimantation est dirigée orthogonalement au courant d'écriture appliqué, la présente structure a la direction d'aimantation colinéaire avec le courant. Le groupe a fabriqué des appareils à trois terminaux avec la nouvelle structure, où une jonction tunnel magnétique à base de Ta/CoFeB/MgO est utilisée, et démontré avec succès l'opération de commutation.
Résultat expérimental de la résistance en fonction de la densité de courant appliquée sous le champ perpendiculaire de -15 mT (a), et +15 mT (b). Le fait que le sens de commutation dépende du signe du champ perpendiculaire indique que le couple spin-orbite entraîne l'inversion de l'aimantation. Crédit :Shunsuke Fukami
La densité de courant requise pour induire la commutation de magnétisation était raisonnablement faible et la différence de résistance entre les états "0" et "1" était raisonnablement grande, indiquant que la nouvelle structure est un candidat prometteur pour les applications MRAM.
En outre, le groupe a montré que la nouvelle structure a le potentiel de servir d'outil utile pour approfondir la physique de la commutation induite par SOT, dans lequel un certain nombre de problèmes non révélés demeurent.
Le dispositif de mémoire magnétique peut stocker les informations sans alimentation, permettant une réduction drastique de la consommation électrique des circuits intégrés. En particulier, cet avantage devient important pour les applications qui ont des temps de veille relativement longs, tels que les nœuds de capteurs qui sont susceptibles de jouer un rôle important dans les futures sociétés IoT (Internet des objets).
À cet égard, le présent travail devrait ouvrir la voie à la réalisation de circuits intégrés à très faible consommation et à haute performance et de sociétés IoT.
