Dans un article publié dans Nature Communications , une équipe internationale dirigée par des chercheurs du groupe Nanodevices du CIC nanoGUNE a réussi à commuter et à lire la magnétisation basée sur la tension de nanodispositifs magnétoélectriques spin-orbite. Cette étude constitue une preuve de principe de ces nanodispositifs, qui sont les éléments constitutifs de la logique magnétoélectrique spin-orbite (MESO), ouvrant une nouvelle voie pour les technologies de faible consommation au-delà du CMOS.
Une voie de commutation du magnétisme sans champ magnétique et basée sur la tension a été proposée en utilisant des matériaux magnétoélectriques qui présentent plus d'une des propriétés ferroïques primaires dans la même phase. Parmi plusieurs combinaisons possibles, la coexistence de la ferroélectricité et du ferromagnétisme devrait permettre le contrôle de la magnétisation par commutation de la polarisation ferroélectrique avec un champ électrique.
Dans cette catégorie, la ferrite de bismuth (BiFeO3 ) a été le matériau le plus étudié, présentant un couplage étroit entre les ordres antiferromagnétique et ferroélectrique à température ambiante.
Le chemin vers des dispositifs multiferroïques a été long et tortueux, avec peu de résultats rapportés. Pourtant, on s'attend à ce que de tels dispositifs puissent ramener les énergies d'écriture par magnétisation à l'échelle attojoule, une amélioration de plusieurs ordres de grandeur par rapport aux dispositifs de pointe basés sur le courant.
Cette force motrice a conduit à la proposition récente de la logique MESO, suggérant un nanodispositif basé sur le spin adjacent à un multiferroïque, où la magnétisation est commutée uniquement avec une impulsion de tension et est lue électriquement à l'aide d'un phénomène de conversion de courant de spin en charge (SCC).
Aujourd’hui, une équipe de chercheurs a démontré la mise en œuvre expérimentale d’un tel dispositif. L'équipe a fabriqué des nanodispositifs SCC sur BiFeO3 et analysé la réversibilité de la magnétisation du CoFe ferromagnétique en utilisant une combinaison de microscopie à réponse piézoélectrique et à force magnétique, où l'état de polarisation du BiFeO3 et la magnétisation de CoFe sont imagées lors de la commutation.
Les chercheurs ont ensuite corrélé cela avec des expériences SCC entièrement électriques où des impulsions de tension étaient appliquées pour commuter le BiFeO3 , l'inversion de l'aimantation du CoFe (écriture) et différentes tensions de sortie SCC ont été mesurées en fonction de la direction de l'aimantation (lecture).
Les résultats publiés soutiennent la commutation et la lecture de magnétisation basées sur la tension dans les nanodispositifs à température ambiante, permises par le couplage d'échange entre BiFeO3 multiferroïque. et CoFe ferromagnétique, pour l'écriture, et SCC entre CoFe et Pt, pour la lecture.
Des travaux supplémentaires sont nécessaires en termes de contrôlabilité et de reproductibilité de la commutation, notamment en ce qui concerne les textures ferroélectriques et magnétiques dans BiFeO3 , ces résultats constituent une étape clé vers le contrôle de la tension de la magnétisation dans les aimants à l'échelle nanométrique, essentiel pour les futurs dispositifs logiques et de mémoire basés sur le spin à faible consommation.
Plus d'informations : Diogo C. Vaz et al, Commutation et lecture de magnétisation basées sur la tension dans les nanodispositifs magnétoélectriques spin-orbite, Nature Communications (2024). DOI :10.1038/s41467-024-45868-x
Informations sur le journal : Communications naturelles
Fourni par Elhuyar Fundazioa
