Spindynamik och transport i magnetiska nanostrukturer
- Diarienummer
- UKR22-0050
- Projektledare
- Kravets, Anatolii
- Start- och slutdatum
- 220701-241231
- Beviljat belopp
- 1 000 000 kr
- Förvaltande organisation
- KTH - Royal Institute of Technology
- Forskningsområde
- Materialvetenskap och materialteknologier
Summary
Upptäckten av spin-elektroniska effekter i magnetiska nanostrukturer (Nobelpriset 2007) har hittat tekniska tillämpningar inom magnetisk minne. Potentiella framtida tillämpningar inkluderar spin-logik och analoga anordningar. De flesta av dagens device implementeringar är beroende av magnetiseringsväxling i en enda ferromagnetisk nanopartikel. Den fulla potentialen hos syntetiska, flerskiktiga nanomagneter har ännu inte realiserats. Vidare är konceptet med tvåterminala spinnventilanordningar väl etablerat, men utforskningen av spinnbaserade enheter med flera elektroder är fortfarande i sin linda. Vi kommer att fokusera på nya funktionella principer för magnetiseringsväxling och spinntransport på nanoskala, med nya termiskt kontrollerbara mellanskiktsexchange i syntetiska antiferromagneter (SAF) producerade av topptek nanotillverkning såväl som den ofta åtföljande magnetokaloriska effekten (MCE). Optimering av mellanskiktsexchange kombinerat med atomisk gradientprofillegering förväntas ge nya spindynamiska, spinnkaloriska och spinntransport material. Vidare, med utgångspunkt i KTH's demonstration av en stark diodeffekt i metall/oxid-dubbeltunnelövergångar (DTJ), kommer vi att sikta på att utveckla magnetiska DTJ-dioder och transistorer. De tänkta magnetiska enheterna skulle kombinera minnesfunktionen med egenskaperna som finns i halvledarlogikenheter – en mycket attraktiv kombination för icke-flyktigt minne och omprogrammerbar logik.
Populärvetenskaplig beskrivning
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.