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超薄多层薄膜用于下一代数据存储和处理

作者:千赢国际  来源:千赢国际  时间:2019-10-05 21:43  点击:


  由新加坡国立大学(NUS)工程学院电气与计算机工程系副教授Yang Hyunsoo领导的科学家小组发明了一种新型超薄多层薄膜,可以利用微小磁旋风的特性,众所周知作为skyrmions,作为在磁介质上存储和处理数据的信息载体。

  与Brookhaven国家实验室,Stony Brook大学和路易斯安那州立大学的研究人员合作开发的纳米级薄膜是设计数据存储设备的关键一步,这些设备使用的功率更低,工作速度比现有内存技术更快。

  数字化转型导致对更好地处理和存储大量数据的需求不断增加,以及硬盘技术的改进。自从他们在2009年在磁性材料中发现以来,已经广泛研究了只有几纳米尺寸的微小旋转磁性纹理的skyrmions作为下一代数据存储和逻辑设备中的可能信息载体。

  已经证明Skyrmions存在于分层系统中,重金属位于铁磁材料下方。由于不同材料之间的相互作用,形成了界面对称破坏相互作用,称为Dzyaloshinskii-Moriya相互作用(DMI),这有助于稳定skyrmion。然而,在没有存在平面外磁场的情况下,skyrmion的稳定性受到损害。此外,由于其尺寸小,难以对纳米尺寸的材料成像。

  为了解决这些局限性,研究人员致力于在室温下创建稳定的磁性skyrmions而无需偏置磁场。

  新加坡国立大学的团队,包括新加坡国立大学电气和计算机工程系的Shawn Pollard博士和余嘉伟女士,发现在由钴和钯组成的多层薄膜中可以保持大的DMI,这足以稳定skyrmion旋转纹理。

  为了对这些薄膜的磁性结构进行成像,国大研究人员与美国布鲁克海文国家实验室合作,采用了洛伦兹透射电子显微镜(L-TEM)。L-TEM具有对低于10纳米的磁性结构进行成像的能力,但之前由于预测其表现出零信号,因此尚未用于观察多层几何形状中的skyrmions。然而,在进行实验时,研究人员发现,通过相对于电子束倾斜薄膜,他们发现它们可以获得与skyrmions预期的清晰对比度,尺寸低于100纳米。

  波拉德博士解释说,“长期以来人们一直认为,对称结构中没有像我们工作中存在的DMI那样的DMI,因此,不会出现任何骚扰。我们发现大型DMI和skyrmions都是出人意料的。我们设计了多层薄膜。更重要的是,这些纳米尺度的薄膜甚至在去除外部偏置磁场后仍然存在,这是同类产品中的第一个。“

  杨副教授补充说:“这个实验不仅证明了L-TEM在研究这些系统方面的实用性,而且开辟了一种全新的材料,可以在其中创造出可以产生的影响。无需偏置场,设计和实施基于skyrmion的设备得到了显着的简化。小尺寸的skyrmions与这里产生的令人难以置信的稳定性相结合,可能对下一代自旋电子设备的设计有用,这些设备既节能又可以胜过当前的存储技术。“

  杨副教授和他的团队目前正在研究纳米级的skyrmions如何相互作用以及与电流相互作用,以进一步发展基于skyrmion的电子产品。

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