Созданы ультратонкие устройства памяти «гоночная трасса» без изолирующих слоев

Ультратонкие, автономные мембраны «гоночная трасса» совмещаются с подложками для переноса. Автор: Ке Гу, Институт микроструктурной физики общества Макса Планка, Маша Форменко

Новое исследование показало, что изолирующие буферные слои больше не требуются для ультратонких магнитных устройств типа «гоночная трасса», что открывает новые пути для их бесшовной интеграции с функциональными подложками.

Современные вычислительные устройства полагаются на технологии памяти, которые не только энергозатратны, но и физически отделены от процессорных блоков, что приводит к неэффективности в скорости и потреблении энергии. Многообещающей альтернативой является спинтроника, в частности, память типа «гоночная трасса» (RTM), где данные хранятся в виде перемещаемых магнитных доменных стенок (DWs) вдоль нанопроводниковых «дорожек». Эти устройства энергоэффективны, энергонезависимы и потенциально могут объединять память и логику на одном чипе.

Чтобы расширить гибкость проектирования и потенциал интеграции таких устройств, исследователи изучили возможность использования автономных мембран — тонких пленок, которые отделяются от исходных подложек и переносятся на принимающие поверхности, включая структурированные основы с 3D-архитектурой.

Однако этот процесс обычно требовал буферного слоя, такого как оксид магния (MgO), для обеспечения роста высококачественного магнитного слоя. Хотя буфер и полезен на этапе изготовления, в конечном устройстве он действует как изолирующий барьер, препятствуя электрическому или магнитному взаимодействию с нижележащей подложкой.

В недавно опубликованной работе в журнале Advanced Materials ученые из Института микроструктурной физики общества Макса Планка показали, что этот буферный слой больше не нужен.

В своем новом исследовании они продемонстрировали, что сакраментальный оксидный слой — Sr₃Al₂O₆ (SAO) — может напрямую поддерживать рост высокопроизводительных магнитных мультислоев (Pt/Co/Ni/Co), позволяя создавать автономные устройства памяти «гоночная трасса» без какого-либо буферного слоя. Примечательно, что эти мембраны без буфера демонстрируют лучшую подвижность доменных стенок, чем их аналоги с буфером, несмотря на толщину менее 4 нм.

Сделав еще один шаг вперед, команда перенесла эти мембраны на предварительно структурированные платиновые подложки, показав, что динамику доменных стенок можно локально изменять — что является ключевой возможностью для будущих логических и запоминающих архитектур на основе «гоночной трассы».

Исследование также подтвердило выдающуюся надежность этих ультратонких структур. Устройства сохраняют свою производительность после многократного механического изгиба, длительного нахождения на открытом воздухе, термического отжига и электрического стресса. Эта работа не только углубляет понимание инженерии интерфейсов в автономных магнитных пленках, но и открывает путь к вертикальному или латеральному соединению с функциональными подложками. Это приближает реализацию высокоинтегрированных спинтронных устройств с большой плотностью элементов.

Больше информации: Ke Gu et al, Atomically‐Thin Freestanding Racetrack Memory Devices, Advanced Materials (2025). DOI: 10.1002/adma.202505707