Наноразмерные магнитные структуры помогут преодолеть ограничения электроники

Исследователи из Университета Кюсю продемонстрировали, что тщательное проектирование границ раздела в материалах может открыть новые возможности для наноразмерных магнитных структур, известных как скирмионы, и преодолеть ограничения традиционной электроники. Их работа, опубликованная в APL Materials, предлагает путь к решению ключевой проблемы в этой области.

Магнитные скирмионы — это вихревые наноразмерные магнитные структуры, ведущие себя как частицы. Они перспективны в качестве носителей данных благодаря своему малому размеру, совместимости с высокоскоростными операциями и возможности перемещения с помощью очень слабых электрических токов. Однако существует «трилемма»: уменьшение скирмиона для увеличения ёмкости памяти замедляет его, а для ускорения требуется более сильный ток, что сводит на нет преимущество низкого энергопотребления.

Команда под руководством профессора Хироми Юасы и аспиранта Линь Чжана исследовала, может ли добавление сверхтонкой прослойки из редкоземельного элемента гадолиния (Gd) толщиной всего 0,3 нм в структуру платина/кобальт/никель (Pt/Co/Ni) помочь решить эту проблему. Оказалось, что прослойка гадолиния изменяет баланс между разными типами скирмионов, сохраняя их стабильность, и при этом повышает эффективность спинового орбитального момента (SOT), который отвечает за движение скирмионов. Это означает, что с помощью тщательного дизайна интерфейсов можно создавать материалы с заданными свойствами для скирмионных устройств.

«Наши результаты демонстрируют как стабильность этих наноразмерных магнитных структур, так и возможность быстрой работы с малыми токами благодаря высокому спиновому орбитальному моменту. Это может помочь нам преодолеть традиционные ограничения в применении магнитных скирмионов», — отмечает профессор Хироми Юаса.

Это исследование открывает перспективный путь к созданию энергоэффективных устройств следующего поколения для обработки больших данных, искусственного интеллекта и интернета вещей, где потребление энергии является критическим фактором.