Spin dynamics and transport in magnetic nanostructures
- Reference number
- UKR22-0050
- Project leader
- Kravets, Anatolii
- Start and end dates
- 220701-241231
- Amount granted
- 1 000 000 SEK
- Administrative organization
- KTH - Royal Institute of Technology
- Research area
- Materials Science and Technology
Summary
The discovery of spin-electronic effects in magnetic nanostructures (Nobel Prize 2007) have found technological applications in magnetic recording and random-access memory. Potential future applications include spin-logic and analogue-processing devices. Most of today’s device implementations rely on magnetization switching in a single ferromagnetic nanoparticle. The full potential of synthetic, multi-layered nanomagnets has yet to be realized. Further, the two-terminal spin-valve device concept is well established, however, the exploration of multi-electrode spin-based devices is still in its infancy. We will focus on new functional principles of magnetization switching and spin transport on the nanoscale, incorporating novel thermally controllable interlayer exchange in synthetic antiferromagnets (SAF) produced by state-of-the-art nanofabrication as well as the often-accompanying magneto-caloric effect (MCE). Fine-tuning interlayer exchange combined with atomic-scale gradient-profile alloying is expected to yield novel spin dynamic and magneto-caloric materials. Further, building upon KTH's demonstration of a strong diode effect in metal/oxide double tunnel junctions (DTJ), we will aim to develop magnetic DTJ diodes and transistors. The envisioned magnetic devices would combine the memory function with the properties found in semiconductor logic devices – a very attractive combination for non-volatile memory and reprogrammable logic.
Popular science description
Ett sekel sedan fysikerna upptäckte hur elektronens laddning kan användas för bearbetning och överföring av analoga och digitala signaler utgör elektroniken numera ett av världens bredaste forskningsområden samt den största industrin, motsvarande över 10 % av allt människan producerar. Därför är det förvånansvärt att en lika fundamental egenskap hos elektronen - spinnet - knappt används i dagens elektronik. Många tror att "spinntronik" kommer att förändra denna situation, att magnetiska nanostrukturer kommer att kombinera elektronens laddning och spinn på ett effektivt sätt och möjliggöra nya data- och kommunikationsprodukter. Spinnventiler i form av magnetiska tunnelövergångar, där två ferromagnetiska partiklar är separerade med ett tunt oxidlager och konstruerade med två stabila resistanstillstånd för att lagra digitala nollor och ettor, används nu i MRAM-produkter (magnetic random access memory) - en ny sorts icke-flyktigt minne som har ett antal fördelar jämfört med marknadens ledande FLASH-minne som baseras på lagring av elektronens laddning i små kondensatorer. Under det senaste årtiondet har vi sett en intensiv jakt på treterminal-spinnkretsar som skulle fungera som transistorer. Både spin-baserad logik och -minnen använder magnetiseringsswitchning för att bearbeta och spara information i magnetiska nanokretsar. Målet med detta projekt är att utveckla nya metoder för switchning i syntetiska antiferromagneter där det aktiva lagret är antiferromagnetiskt och där resonansen i den interna magnetiska energin eller termisk påverkan används för att förstärka switchningseffekten. Dessa nya metoder förväntas ge upphov till ultrasnabba, låg-effekt minnes- och logikkretsar. Ytterligare ett syfte med detta projekt är att öka förståelsen för den magnetokaloriska effekten i nya typer av nanostrukturerat material och, på längre sikt, att utveckla nya mikrokylanordningar.