新型反铁磁存储器- 大数跨境

两江科技评论

2019-01-15

导读：北京航空航天大学材料科学与工程学院刘知琪教授课题组在压电单晶衬底上制备了MnPt薄膜，探究了由不同的压电应变引起的高Néel温度反铁磁MnPt的电阻变化,展示了一种在强磁场下仍能进行稳定信息写入和存储

导读

北京航空航天大学材料科学与工程学院刘知琪教授课题组在压电0.72PbMg_1/3Nb_2/3O₃-0.28PbTiO₃(PMN-PT) 单晶衬底上制备了MnPt薄膜，探究了由不同的压电应变引起的高Néel温度反铁磁MnPt的电阻变化,展示了一种在强磁场下仍能进行稳定信息写入和存储的高质量反铁磁（AFM）存储器。该研究成果以《A piezoelectric, strain-controlled antiferromagnetic memory insensitive to magnetic fields》为题发表在“Nature Nanotechnology”上。

链接：https://doi.org/10.1038/s41565-018-0339-0

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背景

现代信息存储介质（以计算机硬盘存储器为代表），主要依赖于磁化现象记录数据，而基于传统磁性材料的电子器件，其长期以来存在的一个弊端是，大量的能耗来自于由开关电流引起的无效焦耳热。然而，基于反铁磁（AFM）材料的自旋电子器件目前已经逐渐在实现快速开关、降低能耗、抗磁场等方面纷纷展露头角，表现出了巨大的发展前景。在这一点上，现已有许多相关的理论预测以及实验验证，例如作为自旋阀操作的低温AFM隧道结，以及室温下可利用加热磁场或Néel自旋轨道扭矩AFM存储器进行信息写入等。同时，由于压电材料能够在多铁性异质结构中借助电场控制磁性，因此将两种材料结合可以为抑制焦耳热实现更低能耗，从而制备快速读写和信息存储的反铁磁存储器提供了很好的思路。

创新研究

MnPt是良好的共线反铁磁（AFM）金属间材料，其Néel温度约为975 K，目前广泛用来作为交换偏置材料，而高的Néel温度则表明两个反平行子晶格之间具有非常强的磁耦合，表现为对外部磁场的不敏感。为实现该化合物的可能压电控制，研究人员在压电0.72PbMg_1/3Nb_2/3O₃-0.28PbTiO₃(PMN-PT) 单晶衬底上制备了MnPt薄膜（图1a），探究了由不同的压电应变引起的高Néel温度反铁磁MnPt的电阻变化。在室温和零电场下，还观测到了在高达60 T的磁场仍稳定存在的两种非易失性(non-volatile )电阻状态。

研究人员展示了一种在强磁场下仍能进行稳定信息写入和存储的反铁磁（AFM）存储器，相比之下，由Néel自旋轨道扭矩操作的基于CuMnAs的AFM存储器在12T的磁场下无论是信息写入还是电阻状态都受到了很大的干扰。在本研究中，研究人员通过压电应变在高Néel温度金属间化合物中成功实现了非易失性电阻调制。由于应变诱导电阻切换过程对磁场不敏感，这种电阻调制在室温下可以借助隧道结中的隧道各向异性磁阻进行放大。这种新型存储器件除了可以实现更低功耗外，压电应变的方法还可以应用于解释反铁磁体中许多有趣的物理现象，如时间反演对称破坏的磁性Weyl费米子可以形成新的子域：反铁磁性压电电子学。