Учёные создали новый тип полупроводниковых устройств на основе альтермагнетиков

Автор: Unsplash/CC0 Public Domain

Исследовательская группа из Национального института науки и технологий Ульсана (UNIST) объявила об успешной разработке нового полупроводникового устройства, использующего класс материалов под названием альтермагнетики. Этот прорыв может значительно ускорить создание сверхбыстрых и энергоэффективных чипов для искусственного интеллекта.

Работой руководили профессор Чжун-Ву Ю из факультета материаловедения и инженерии и профессор Чангхи Сон из физического факультета UNIST. Команде удалось создать магнитные туннельные переходы (MTJ) на основе альтермагнитного оксида рутения (RuO₂) и измерить практический уровень туннельного магнитосопротивления (TMR) в этих устройствах, что подтверждает их потенциал для спинтронных применений.

Исследование, проведённое Сынхёном Но и Кюхёном Кимом, было опубликовано 20 июня 2025 года в журнале Physical Review Letters.

Магнитные туннельные переходы являются ключевыми компонентами устройств магнитной оперативной памяти (MRAM). Хотя MRAM обладает преимуществами, такими как энергонезависимость и низкое энергопотребление, её широкое применение ограничено зависимостью от ферромагнитных материалов, требующих значительной энергии для изменения спина, имеющих ограниченную скорость переключения и чувствительность к внешним магнитным полям.

Учёные разработали устройство на основе альтермагнитных материалов, способное преодолеть эти ограничения. В отличие от ферромагнетиков, альтермагнитные материалы могут хранить информацию с помощью спина электронов, оставаясь менее чувствительными к внешним магнитным полям, что обеспечивает сверхбыстрое переключение.

В данном исследовании команда использовала RuO₂ — один из наиболее изученных кандидатов среди альтермагнетиков. Они синтезировали тонкие плёнки RuO₂ с атомарной точностью в условиях высокого вакуума и создали MTJ, последовательно нанося изолирующие и ферромагнитные слои.

При изменении магнитной ориентации ферромагнитного слоя наблюдалось изменение TMR, что стало экспериментальным подтверждением потенциала устройства в качестве элемента магнитной памяти.

Это исследование впервые экспериментально подтвердило, что TMR изменяется в зависимости от направления спина в альтермагнитных MTJ, что является важным шагом на пути к созданию альтермагнитных полупроводниковых чипов для ИИ. Сейчас команда работает над увеличением величины эффектов TMR в будущих конструкциях устройств.

Проект, выполненный менее чем за год по модели программы DARPA США, направлен на быстрый прорыв в фундаментальной науке в Корее.

Донгхо Ким из Национального исследовательского фонда Кореи (NRF), курирующий проект, заявил: «Это достижение отражает самоотверженность исследователей, изучающих малоизученную область альтермагнетизма. Мы продолжим поддерживать эту технологию, которая может стать значительным шагом вперёд для полупроводниковой промышленности».

Дополнительная информация: Seunghyeon Noh et al, Tunneling Magnetoresistance in Altermagnetic RuO2 -Based Magnetic Tunnel Junctions, Physical Review Letters (2025). DOI: 10.1103/nrk5-5zrj

Источник: Ulsan National Institute of Science and Technology