Algemeen

Magnetische schakelaar voor spintronica

Magnetische schakelaar HZB
Onderzoekers hebben robuust ferromagnetisch materiaal ontwikkeld dat in een materiaalsysteem met behulp van een elektrisch veld rond kamertemperatuur is in en uit te schakelen.

Onderzoeksgroepen uit Parijs, Newcastle en Berlijn zijn erin geslaagd om robuust ferromagnetisme in een materiaalsysteem met behulp van een elektrisch veld rond kamertemperatuur aan- en uit te schakelen. Hun resultaten zouden toepassingen als magnetische schakelaar in snelle, energie efficiënte en niet vluchtige data opslag mogelijk maken.

Het was tot nu toe niet mogelijk, om ferromagnetisme bij kamertemperatuur met een middelsterk elektrisch veld eenvoudig aan- en uit te schakelen. Dergelijke magnetische schakelaars zouden echter zeer nuttig kunnen zijn voor spintronische componenten en toekomstige geheugens, die data sneller en niet vluchtig kunnen opslaan en waarvoor minder energie nodig is dan bij de gebruikelijke geheugens.

Nieuw materiaalsysteem

Onderzoekers van de Unité Mixte de Physique CNRS/Thales en de Université Paris Sud hebben een nieuw materiaalsysteem met interessante eigenschappen samengesteld. Metingen aan het Helmholtz-Zentrum Berlin für Materialien und Energie hebben aangetoond, dat de magnetische structuur door een elektrisch veld kan worden gecontroleerd. De probe reageert circa tienmaal gevoeliger op middelsterke elektrische velden dan de tot nu toe bekende materialen.

De nieuwe structuur bestaat uit een ferro-elektrisch BaTiO3 substraat, dat voorzien is van een dunne magnetische FeRh-filmlaag. Om de magnetische structuur met microscopische oplossing waar te nemen, onderzocht het team in Berlijn de proben met behulp van de spinoplossende foto-emissie elektronenmicroscoop bij verschillende spanningen en een temperatuur 112 °C.

TiBaO3 magnetische schakelaar
XMCD-PEEM beelden tonen hoe een elektrische spanning de magnetische volgorde wijzigt. Zonder extern elektrisch veld (0 V) domineerde de ferromagnetische volgorde (blauwe en rode punten) [foto links]. Met een extern elektrisch veld (bij 50 V) [rechts] is de probe anti-ferromagnetisch. De meting werd verricht bij een temperatuur van 112 °C. (foto: Helmholtz-Zentrum Berlin)
Al in een verhoudingsgewijs laag elektrisch veld ontstaat in de probe in dramatische verandering en wijzigt de magnetische toestand van ferromagnetisme in anti-ferromagnetisme. Analyse van het data toonde aan, dat de verschijnselen werden veroorzaakt zowel door mechanische spanning als door veldeffecten in het BaTiO3. Daaruit ontstaat een magneto-elektrische koppeling, die in uitwerking sterker is dan in tot nu toe onderzochte materialen.

Magnetische schakelaar

De probe bestaat uit een kristallijn substraat van BaTiO3, dat is afgedekt met een laagje magnetisch FeRh. Al een klein uitwendig elektrisch veld in de probe schakelt de magnetische structuur. Omdat BaTiO3 ferro-elektrisch is, induceert een uitwendig elektrisch veld mechanische spanningen in het substraat. Deze spanningen worden overgedragen op de magnetische FeRh-film, waardoor de magnetisch gerichte toestand verandert van ferromagnetisch (sterke magnetisering) naar anti-ferromagnetisch (geen magnetisme).

De mogelijkheid, om met een elektrische spanning (en nagenoeg zonder stroomloop, dus zonder vermogen) te schakelen tussen gerichte magnetische toestanden vormt een attractief alternatief voor de gebruikelijke magnetische geheugentechnologieën. Hierbij wordt met een laser in de schrijfkop lokaal warmte opgewekt om de magnetisering van een bit te veranderen.

Het werk van de onderzoekers toont aan, dat hybride Perowskit/Metaal-Systemen zoals BaTiO3/FeRh voor spintronische architecturen interessant zijn. Dergelijke systemen zouden in de toekomst verder kunnen worden geoptimaliseerd, zodat het effect ook bij kamertemperatuur optreedt.

x
Mis niet langer het laatste nieuws

Schrijf u nu in voor onze nieuwsbrief.

Inschrijven