Ученые открыли новый способ управления магнитными доменами для энергоэффективной памяти

Исследователи совершили прорыв в спинтронике — технологии, использующей не только заряд, но и спин электронов для создания более быстрых и энергоэффективных устройств. Открытие может привести к созданию нового поколения чипов памяти, сочетающих высокую скорость с низким энергопотреблением.

В спинтронной памяти информация хранится в виде магнитных доменов, где направление магнитных моментов вверх соответствует «1», а вниз — «0». Данные считываются и записываются путем перемещения границ между этими областями — доменных стенок.

Ученые сфокусировались на искусственной антиферромагнитной тонкой пленке из слоев кобальта (Co), иридия (Ir) и платины (Pt). В этой структуре два слоя Co разделены слоем Ir и находятся между слоями Pt, что заставляет магнитные моменты в слоях кобальта ориентироваться в противоположных направлениях.

Изначально предполагалось, что спиновые потоки от верхнего и нижнего слоев Pt будут компенсировать друг друга из-за противоположной ориентации. Однако команда обнаружила, что эти противоположные силы уникальным образом объединяются и совместно перемещают доменные стенки, а не останавливают их. Этот «двойной крутящий момент» был подтвержден экспериментально и численным моделированием.

Дополнительно исследователи создали градиент толщины слоев Co, нарушив симметрию структуры. Это породило дополнительное эффективное магнитное поле, облегчающее движение доменных стенок. С ростом поля требовалось меньше тока для перемещения стенок, и они двигались быстрее, повышая эффективность обработки информации.

«Наши результаты демонстрируют новый способ управления движением доменных стенок с использованием комбинированных спиновых моментов в искусственном антиферромагнетике. Это открытие приближает нас к созданию спинтронных устройств нового поколения, которые будут быстрее и потребляют значительно меньше энергии, чем современная электроника», — заявил профессор Института исследования материалов Университета Тохоку Такэси Сэки, соавтор статьи, опубликованной в журнале Advanced Science 17 октября 2025 года.

Традиционно спинтроника опиралась на ферромагнитные материалы, но антиферромагнитная спинтроника становится перспективным направлением, предлагая потенциал для большей миниатюризации и более высоких скоростей работы. Демонстрация движения доменных стенок, индуцированного током в искусственной антиферромагнитной структуре, является важной вехой на этом пути.

В дальнейшем команда планирует точно настроить эффективные магнитные поля, управляющие этим движением, чтобы раскрыть еще более высокую производительность и вывести спинтронные технологии на новый уровень.