Magneto-ventilový efekt založený na magnetickém izolátoru

S ohledem na potřeby skladování informací a logické operace v době po Moore poskytují spintronická zařízení slibné směry vývoje ve vývoji mikroelektronických zařízení nové generace s menší velikostí buněk, energeticky nezávislou spotřebou a vysokou rychlostí. Mezi nimi je otočný ventil základní jednotkou různých typů spintronických zařízení. Spínací ventil obvykle obsahuje sendvičovou jádrovou konstrukci sestávající ze dvou vrstev feromagnetického kovu a nemagnetické mezivrstvy, díky spinovým polarizačním elektronům mezi oběma feromagnetickými vrstvami. Transport, takže odpor zařízení je modulován relativní orientací obou feromagnetických vrstev. V zařízeních s vysokou hustotou informací a snímačů, jako jsou magnetické pevné disky, magnetické paměti s náhodným přístupem, širokopásmové zařízení s vysokou hustotou informací a snímače prostorové teploty (GMR, 1988) a magnetické senzory. V článku dva vědci, A. Fert z Francie a P. Grünberg z Německa, vyhrál Nobelovu cenu za fyziku za rok 2007 za objev obrovského magnetorezistenčního (GMR) efektu.

Spinová vlna je kolektivní excitovaný stav procesu precese spin v magnetickém systému. Kvantizované kvazipartikuly se nazývají magnetony a každý magneton nese Planckovu konstantní rotační hybnost. V porovnání s magnetickými vlákny založenými na spin-wave ve srovnání se spinovými polarizovanými vodivými elektrony v tradičních kovových materiálech mají následující výhody: (1) Přenos magnetonů nemá žádnou ztrátu tepla a nízké tlumící vlastnosti a otáčí se na dlouhé vzdálenosti. Při šíření informací existují významné výhody; (2) Fluktuační vlastnosti magnetonů mají jak amplitudovou, tak fázovou charakteristiku, která může prolomit logickou a výpočetní architekturu tradičního systému von Neumann a může se stát přenosem informací po období Moor. Jedním z důležitých způsobů zpracování je; (3) Makroskopické kvantové efekty jako superfluid, supravodivost, kondenzát Bose-Einstein a Josephson založené na magnetismu se také staly horkými místy ve fyzice kondenzovaných látek. Ve studii magnetické spintroniky je mikrovlnná trouba nejčastěji používanou excitační a detekční metodou. Nicméně, velikost mikrovlnných zařízení je obtížné dosáhnout miniaturizace. Proto, pro použití magnetických spinových zařízení na polovodičové integrované obvody, existuje naléhavá potřeba vyvinout magnetizační spin excitace, modulaci a detekční metody založené na elektrických metodách.

Od roku 2012 do roku 2016 se výzkumný tým, vedený Haniem Xiufengem, státním klíčovým laboratořím magnetické fyziky Čínské akademie věd / Národním centrem fyziky kondenzovaných látek v Číně, využil techniky magnetronového rozprašování v kombinaci s high- tepelného zpracování, aby prošel sérií vzorků. Příprava a optimalizace překonávají omezení, že YIG lze připravit pouze na monokrystalových substrátech GGG. Pt / YIG / Pt těžký kov / magnetický izolátor / těžký kov ¬ (HM / MI) byl navržen a připraven na substrátu Si-SiO2. / HM) vrstevnatých heterostruktur a poprvé pozorované ve struktuře týmem prof. Zhang Yifeng z Arizonské univerzity, magnetický tahový efekt byl předpovězen teorií, která je způsobena excitací a přenosem magnetonů YIG na jedné straně vrstvy Pt Proud / náboj může přetáhnout opačný náboj / tok toku na druhé straně vrstvy Pt. Tato práce potvrzuje, že magnetický izolátor může působit jako přenosový kanál pro otáčení magnetů

Nedávno výzkumný tým Han Xiufeng inovovaně přijal magnetické izolátory YIG jako magnetické elektrody, Au jako mezivrstvu a heteroepitaxiální růst na substrátech GGG pro výrobu vysoce kvalitních magnetických izolátorů YIG / Au / YIG / magnetických izolátorů (MI / NM / MI) - Magneto-ventilová struktura a první pozorování a zjištění efektu Magnon Valve v této struktuře, tj. Orientace relativního směru magnetizace dvou magnetických izolačních vrstev může být řízena Velikost magnetického toku. Za prvé, jemně naladily krystalovou strukturu dvou vrstev YIG, aby vytvořily různé donucovací síly pro dosažení protiparalelní relativní magnetizace; pro generování teplotního gradientu byla použita lokální proudová metoda ohřevu a pro stimulaci magnetického toku YIG byl využit pozdější spinový efekt Seebeck Magnetický tok přes magnetický sub-proud magnetického sub-ventilu může provádět elektrické měření prostřednictvím anti-spin hall efekt v Pt; pak zjistí magnetický sub-ventilový efekt, to znamená, že relativní orientace dvouvrstvého YIG může být řízena velikostí magnetohydrodynamického toku magnetického ventilu, přičemž relativní magneto-ventilový poměr (MVR) plochého a protilehlého - paralelní stav při pokojové teplotě může dosáhnout 19%; a to ukazuje, že poměr magnetického poměru ventilu závisí hlavně na magnetickém izolátoru / teplotní závislost účinnosti konverze magnetron-elektronového odstřeďování na kovovém rozhraní odpovídá teoretickému výsledku výpočtu; spinová difúze Au se získá tak, že se nastaví závislost poměru magnetického subvalve a tloušťky Au. Délka je 15,1 nm, což je v souladu s výsledky získanými metodou odstředivého čerpadla [Hao Wu a XF Han et al., Phys. Rev. Lett. 120 (2018) 097205, DOI: https://doi.org/10.11 03 / PhysRevLett.120.097205, Editors 'Suggest & Featured in Physics].

Magnetický ventil konstrukce YIG / Au / YIG, nový magnetický izolátor / střední vrstva / magnetický izolátor (MI / NM / MI), který tato výzkumná práce připravuje, je samozřejmě přenosem točivých informací a logickým provozem. Základní magnetické zařízení s jadernou energií je také materiální a fyzikální základ pro budoucí výzkum a vývoj magnetických dílčích zařízení založených na magnetických podružných obvodech, logice, úložištích, diodách, tranzistorech, vlnovodech a přepínačích. Ukazuje se, že nová třída spintronických jádrových zařízení s magnetickými izolátory jako spin-informační nosiče v magnetických izolátorech má významné možnosti využití a průlomy v materiálech, fyzice a zařízeních potenciálně urychlují nízkou energii, přepisovatelnost. volatilních a vysokofrekvenčních jádrových počítačových řad. A tato struktura magnetického ventilu může být přizpůsobena stávajícímu rozsáhlému procesu integrovaného obvodu, který přispívá k budoucí integrované integraci a rozsáhlému využití magnetických dílčích zařízení, spintronických zařízení a polovodičových mikroelektronických zařízení.