Діючий прототип пристрою, що працює на переміщення магнітних доменних меж за допомогою поляризованого за спину струму

Переміщення магнітних доменних меж за допомогою поляризованого за спину струму є однією з фізичних ідей, з якими пов’язують майбутнє спінової електроніки. В недавній статті міжнародної команди, що включає в себе дослідників з французького CNRS, з Інституту загальної фізики РАН і японського AIST, продемонстрований діючий прототип пристрою, що працює на даному ефекті [1]. Воно створене на основі магнітного тунельного переходу, який в даний час є головним елементом магнітної пам’яті довільного доступу (MRAM), що поєднує в собі швидкодію напівпровідникових пристроїв з енергетичною незалежністю магнітної пам’яті.

Пристрій являє собою підковоподібну сендвіч-структуру (рис. 1). Центральну роль тут грають магнітні шари: опорний, з постійною намагніченістю, та вільний, в якому знаходиться рухома доменна кордон. При протіканні електричного струму, перпендикулярного до шарів, опорний шар служить спіновою поляризатором: пройшли через нього електрони стають поляризованими за спину і починають впливати на вільний шар. За рахунок ефекту передачі спина, є різновидом закону збереження моменту імпульсу, вони прагнуть перемагнитить вільний шар в напрямі, співпадаючому з напрямом намагніченості в опорному шарі. Зміна напряму струму на протилежне надає зворотний вплив на вільний шар. Підковоподібна форма обрана з таким розрахунком, щоб дія магнітного поля струму на вільний шар складалося з дією струму за рахунок ефекту передачі спина. Сукупний вплив цих двох факторів призводить до того, що доменна кордон переміщується подібно стрілка гальванометра вправо або вліво залежно від напряму електричного струму.

Для зчитування такого стану пристрою зовсім не обов’язково безпосередньо спостерігати микромагнитную структуру підківки. Для цього застосовується той же ефект тунельного магнітоопору, який зараз використовується в головках жорстких дисків. Оскільки доменна межа розділяє область з намагніченістю, що збігається з намагніченістю опорного шару і область з протилежного намагніченістю, то від її стану залежить опір структури: воно найменше при крайньому правому положенні доменної межі, коли намагніченості опорного і вільного шарів направлені, і найбільше – у вкрай лівому положенні. Таким чином, доменна кордон відіграє роль своєрідного затвору, який відкриває і закриває тунельний перехід (відношення зміни опору до опору відкритого переходу може досягати 200% і більше).

Рис. 1: Магнітний тунельний перехід з переміщуваним доменної кордоном:
а – багатошарова структура з двома магнітними шарами: опорних і вільним
(в ілюстративних цілях товщини магнітних шарів перебільшені);
б – зображення структури в скануючому електронному мікроскопі [1].

В даний час в прототипах MRAM, заснованих на рух доменних стінок, струм протікає паралельно верствам. Використання нової геометрії дозволить знизити щільності струмів в сотню разів, що зробить елементи пам’яті набагато більш надійними і суттєво скоротить теплові втрати.

А. П’ятаков

1. А. Chanthbouala et al., Nature Phys., advance online publ. (10 April 2011);
http://www.nature.com/nphys/journal/vaop/ncurrent/full/nphys1968.html

Залишити відповідь

Ваша e-mail адреса не оприлюднюватиметься. Обов’язкові поля позначені *