Cientistas desenvolvem a próxima geração de materiais de memória altamente eficientes com controle em nível de átomo

Como o bater das asas de uma borboleta, às vezes mudanças pequenas e mínimas podem levar a resultados e mudanças grandes e inesperados em nossas vidas. Uma equipe de pesquisadores da Universidade de Ciência e Tecnologia de Pohang (POSTECH) fez uma pequena mudança para desenvolver um material chamado “torque spin-órbita (SOT)”, que é um tema quente na memória DRAM de próxima geração.

Esta equipe de pesquisa, liderada pelo professor Daesu Lee e Yongjoo Jo, Ph.D. candidato, do Departamento de Física e Professor Si-Young Choi do Departamento de Ciência e Engenharia de Materiais da POSTECH, obteve comutação de magnetização SOT livre de campo altamente eficiente por meio do controle em nível de átomo de óxidos compostos. Suas descobertas foram publicadas em Nano-letras.

SOT surge da interação entre o spin (propriedade magnética) e o movimento (propriedade elétrica) dos elétrons. Este fenômeno controla o estado magnético através do movimento de rotação quando a corrente flui. Ao utilizar informações magnéticas em vez de informações elétricas, o consumo de energia da memória é reduzido, tornando-a vantajosa para memórias não voláteis que retém informações mesmo quando desligada.

Os pesquisadores têm explorado ativamente vários materiais, incluindo semicondutores e metais para essas aplicações. Particularmente, há um interesse significativo na descoberta de materiais que exibam tanto o magnetismo quanto o “efeito spin-Hall”.

O estudo da comutação eficiente de magnetização via SOTs tem atraído muita atenção. No entanto, permanece um desafio: as correntes de spin opostas geradas dentro de uma única camada tendem a anular-se mutuamente.

Neste estudo, os professores Daesu Lee e Si-Young Choi da POSTECH abordaram o problema modificando sistematicamente a estrutura aparentemente insignificante do material. Rutenato de estrôncio (SrRuO₃), um óxido complexo conhecido por exibir efeitos de magnetismo e spin-Hall, tem sido amplamente utilizado em pesquisas SOT.

A equipe sintetizou SrRuO₃ com efeitos spin-Hall assimétricos nas camadas superficiais superior e inferior, ajustando minuciosamente a estrutura da rede atômica dessas camadas. Ao criar um desequilíbrio no efeito spin-Hall com uma estrutura de superfície assimétrica estrategicamente projetada, eles foram capazes de controlar a magnetização em uma direção específica.

Com base nesta abordagem, a equipe conseguiu com sucesso uma comutação de magnetização eficiente sem a necessidade de um campo magnético. Ao incorporar SOT em um dispositivo baseado em SrRuO₃eles poderiam reorientar o domínio magnético usando apenas uma corrente elétrica para escrever e ler dados.

O dispositivo de memória resultante demonstrou a maior eficiência (2 a 130 vezes maior) e o menor consumo de energia (2 a 30 vezes menor) em comparação com qualquer sistema de camada única e livre de campo conhecido até o momento. Esta comutação de magnetização foi realizada sem campo magnético, preservando as propriedades convencionais do SrRuO₃ usado em estudos anteriores.

O professor Daesu Lee da POSTECH diz: “O SrRuO assimétrico₃ sintetizado pela equipe é uma plataforma crucial para estudar a interação entre o ferromagnetismo e o efeito spin-Hall.” Ele acrescentou: “Esperamos mais pesquisas para descobrir novos mecanismos SOT e desenvolver SOT altamente eficiente, à temperatura ambiente e monofásico materiais.”