Ερευνητές από το Institute of Science Tokyo παρουσίασαν μια νέα μέθοδο που επιτρέπει τον αναστρέψιμο έλεγχο πολύπλοκων μαγνητικών δομών με τη χρήση ηλεκτρικού ρεύματος.
Η ανακάλυψη ανοίγει νέες προοπτικές για την ανάπτυξη ταχύτερων και αποδοτικότερων τεχνολογιών μνήμης και συστημάτων spintronics, όπου η πληροφορία μεταφέρεται μέσω του σπιν των ηλεκτρονίων αντί του ηλεκτρικού φορτίου.
Η μελέτη δημοσιεύθηκε στο περιοδικό «Communications Materials» και επικεντρώνεται στα ελικομαγνητικά υλικά, στα οποία οι μαγνητικές ροπές δεν είναι όλες ευθυγραμμισμένες προς την ίδια κατεύθυνση, αλλά σχηματίζουν ελικοειδή ή σπειροειδή μοτίβα μέσα στο υλικό. Η κατεύθυνση διάδοσης αυτών των μοτίβων επηρεάζει σημαντικά τόσο τις ηλεκτρικές όσο και τις μαγνητικές ιδιότητες του υλικού.
Η πρόκληση του ελέγχου των ελικομαγνητών
Μέχρι σήμερα, οι περισσότερες τεχνολογίες μαγνητικής μνήμης βασίζονται σε σιδηρομαγνητικά υλικά, όπου όλες οι μαγνητικές ροπές δείχνουν προς την ίδια κατεύθυνση. Οι υπάρχουσες τεχνικές ελέγχου δεν μπορούν να εφαρμοστούν εύκολα στους ελικομαγνήτες, εξαιτίας της πολύ πιο σύνθετης εσωτερικής δομής τους.
Η ερευνητική ομάδα, με επικεφαλής τον καθηγητή Fumitaka Kagawa και τον μεταπτυχιακό ερευνητή Soju Furuta, ανέπτυξε μια νέα θεωρητική και πειραματική προσέγγιση για να αντιμετωπίσει αυτό το πρόβλημα.
Αναστρέψιμη αλλαγή με απλή αντιστροφή του ρεύματος
Οι επιστήμονες μελέτησαν το ελικομαγνητικό υλικό Co8.5Zn8.5Mn3, χρησιμοποιώντας μια περιγραφή συμμετρίας που βασίζεται στον λεγόμενο «director», ο οποίος αντιμετωπίζει τη διεύθυνση διάδοσης της μαγνητικής έλικας ως άξονα χωρίς συγκεκριμένο προσανατολισμό.
Με τη βοήθεια μικροσκοπίας Lorentz transmission electron microscopy παρακολούθησαν σε πραγματικό χρόνο τη συμπεριφορά των μαγνητικών δομών κατά την εφαρμογή ηλεκτρικού ρεύματος και μαγνητικού πεδίου.
Τα πειράματα έδειξαν ότι ένας παλμός ηλεκτρικού ρεύματος μπορεί να περιστρέψει την κατεύθυνση της μαγνητικής έλικας κατά 90 μοίρες, ενώ η αντιστροφή της πολικότητας του ρεύματος επαναφέρει τη δομή στην αρχική της κατάσταση. Παράλληλα, διαπιστώθηκε ότι η τελική μαγνητική κατάσταση εξαρτάται από τον συνδυασμό της κατεύθυνσης του ηλεκτρικού ρεύματος και του εφαρμοζόμενου μαγνητικού πεδίου.
Νέες δυνατότητες για τις τεχνολογίες spintronics
Οι ερευνητές επισημαίνουν ότι η εργασία τους προσφέρει ένα νέο θεωρητικό πλαίσιο για τον ηλεκτρικό έλεγχο πολύπλοκων μαγνητικών δομών. Η δυνατότητα επιλογής του προσανατολισμού της μαγνητικής έλικας μέσω της πολικότητας του ρεύματος θα μπορούσε να επεκτείνει σημαντικά τις δυνατότητες σχεδιασμού νέων συστημάτων αποθήκευσης δεδομένων και προηγμένων διατάξεων spintronics.
Η νέα προσέγγιση αναμένεται να συμβάλει τόσο στην καλύτερη κατανόηση της φυσικής των ελικομαγνητών όσο και στην ανάπτυξη μελλοντικών τεχνολογιών υψηλής πυκνότητας και ενεργειακής απόδοσης για την αποθήκευση και επεξεργασία πληροφοριών.
