Научные исследования и технические разработки
по физике. Новости, факты, люди, интервью. Теория и практика.
Каталог статей. Каталог ссылок. Форум. Научно-технические разработки.
Документация, библиотека.
Палата мер и весов. Работа
для физиков. Юмор, сатира, лирика.
Действующий прототип устройства, работающего на перемещении магнитных доменных границ с помощью поляризованного по спину тока
Перемещение магнитных доменных границ с помощью поляризованного по спину тока является одной из физических идей, с которыми связывают будущее спиновой электроники. В недавней статье международной команды, включающей в себя исследователей из французского CNRS, из Института общей физики РАН и японского AIST, продемонстрирован действующий прототип устройства, работающего на данном эффекте [1]. Оно создано на основе магнитного туннельного перехода, который в настоящее время является главным элементом магнитной памяти произвольного доступа (MRAM), сочетающей в себе быстродействие полупроводниковых устройств с энергонезависимостью магнитной памяти.
Устройство представляет собой подковообразную сэндвич-структуру (рис. 1). Центральную роль здесь играют магнитные слои: опорный, с постоянной намагниченностью, и свободный, в котором находится подвижная доменная граница. При протекании электрического тока, перпендикулярного слоям, опорный слой служит спиновым поляризатором: прошедшие через него электроны становятся поляризованными по спину и начинают воздействовать на свободный слой. За счет эффекта передачи спина, являющегося разновидностью закона сохранения момента импульса, они стремятся перемагнитить свободный слой в направлении, совпадающем с направлением намагниченности в опорном слое. Изменение направления тока на противоположное оказывает обратное воздействие на свободный слой. Подковообразная форма выбрана с таким расчетом, чтобы действие магнитного поля тока на свободный слой складывалось с действием тока за счет эффекта передачи спина. Совокупное влияние этих двух факторов приводит к тому, что доменная граница перемещается подобно стрелке гальванометра вправо или влево в зависимости от направления электрического тока.
Для считывания состояния такого устройства вовсе не обязательно непосредственно наблюдать микромагнитную структуру подковки. Для этого применяется тот же эффект туннельного магнитосопротивления, который сейчас используется в головках жестких дисков. Поскольку доменная граница разделяет область с намагниченностью, совпадающей с намагниченностью опорного слоя и область с противоположной намагниченностью, то от ее положения зависит сопротивление структуры: оно наименьшее при крайнем правом положении доменной границы, когда намагниченности опорного и свободного слоев сонаправлены, и наибольшее - в крайне левом положении. Таким образом, доменная граница играет роль своеобразного затвора, открывающего и закрывающего туннельный переход (отношение изменения сопротивления к сопротивлению открытого перехода может достигать 200% и больше).
Рис. 1: Магнитный туннельный переход с перемещаемой доменной границей:
а - многослойная структура с двумя магнитными слоями: опорным и свободным
(в иллюстративных целях толщины магнитных слоев преувеличены);
б - изображение структуры в сканирующем электронном микроскопе [1].
В настоящее время в прототипах MRAM, основанных на движении доменных стенок, ток протекает параллельно слоям. Использование новой геометрии позволит понизить плотности токов в сотню раз, что сделает элементы памяти намного более надежными и существенно сократит тепловые потери.
