Magnetventil effekt basert på magnetisk isolator
I motsetning til behovene til informasjonslagring og logikkoperasjon i post-Moore-perioden, gir spintronic-enheter lovende utviklingsretninger i utviklingen av neste generasjons mikroelektroniske enheter med mindre cellestørrelse, ikke-flyktig, lavt strømforbruk og høy hastighet. Blant dem er spinnventilen kjernenheten til ulike typer spintronic-enheter. Spinnventilen inneholder vanligvis en sandwichkjernestruktur bestående av to lag av ferromagnetisk metall og et ikke-magnetisk mellomlag, på grunn av spinpolariseringselektroner mellom de to ferromagnetiske lag. Transport, slik at motstanden til enheten moduleres av den relative orienteringen av de to ferromagnetiske lagene. Spinnventilbasert romtemperatur gigantisk magnetoresistens (GMR, 1988) og romtemperatur tunneling magnetoresistance (TMR, 1995) enheter har blitt mye brukt i høy tetthet informasjon lagring og sensorer som magnetiske harddisker, magnetiske random access memories, og magnetiske sensorer. I artikkelen vant to forskere, A. Fert of France og P. Grünberg fra Tyskland, Nobelprisen i 2007 i fysikk for deres oppdagelse av den gigantiske magnetoresistens-effekten (GMR).
Spinnbølgen er den kollektive opphissede tilstanden av spin-precessjonsprosessen i magnetsystemet. De kvantiserte kvasipartiklene kalles magnetoner, og hver magneton bærer et Planck konstant spinn vinkel momentum. Sammenlignet med spinpolariserte ledningselektroner i tradisjonelle metaller har spinbølgebaserte magnetoner følgende fordeler: (1) Overføringen av magnetoner har ingen varmeavledning og lav dempningsegenskaper og spinner på lange avstander. Det er betydelige fordeler i formidling av informasjon; (2) Fluktuasjonsegenskapene til magnetonene har både amplitude og fasegenskaper som kan bryte gjennom den logiske og beregningsmessige arkitekturen til det tradisjonelle von Neumann-systemet, og kan bli post-Moore era-informasjonstransmisjon. En av de viktigste måtene å behandle er; (3) Makroskopiske kvanteffekter som superfluid, superledningsevne, Bose-Einstein-kondensat og Josephson basert på magnetisme har også blitt hotspots i kondensert materiefysikk. I studien av magnetisk spintronikk er mikrobølgeovn den mest brukte eksitasjons- og deteksjonsmetoden. Imidlertid er størrelsen på mikrobølgeinnretninger vanskelig å oppnå miniaturisering. Derfor er det et presserende behov for å utvikle magnetiseringsspinnekstasjons-, modulerings- og deteksjonsmetoder basert på elektriske metoder for å anvende magnetiske spinnanordninger til integrerte kretser i halvlederskala.
Fra 2012 til 2016 brukte forskningsteamet som ble ledet av Han Xiufeng, Statens nøkkellaboratorium for magnetikk ved Nasjonalt institutt for fysikk, Kinesisk vitenskapsakademi / Nasjonalt senter for kondensert materiefysikk, Kina, en magnetronsputteringsteknologi kombinert med en høy- temperatur varmebehandling prosess å passere en serie av prøver. Forberedelsen og optimaliseringen overvinne begrensningen at YIG kun kan fremstilles på krystall-GGG-underlag. Pt / YIG / Pt tungmetall / magnetisk isolator / tungmetall ¬ (HM / MI) ble konstruert og fremstilt på Si-Si02-substrat. / HM) lagdelt heterostrukturer, og for første gang observerte i strukturen av teamet av professor Zhang Yifeng fra University of Arizona, var magnetisk drag-effekten spådd av teorien, som skyldes magnetiseringens eksitasjon og overføring i YIG, en side av Pt-laget. Ladning / spin-strømmen kan trekke motsatt ladning / spinnstrøm i Pt-laget på den andre siden. Dette arbeidet bekrefter at magnetisolatoren kan fungere som en overføringskanal for magnetspinn
Nylig har Han Xiufengs forskningsgruppe innført YIG-magnetiske isolatorer som magnetiske elektroder, Au som mellomlag, og heteroepitaksial vekst på GGG-underlag for å produsere YIG / Au / YIG roman magnetiske isolatorer / metaller / magnetisk isolator (MI / NM) av høy kvalitet. / MI) - Magnetventilstruktur, og den første observasjonen og funnet av Magnon Valve-effekten i denne strukturen, det vil si orienteringen av den relative magnetiseringsretningen for to magnetiske isolasjonslag, kan styres Magnetisk fluxstørrelse. Først finjusterte de krystallstrukturen til to lag av YIG for å produsere forskjellige tvangskrefter for å oppnå en anti-parallell relativ magnetiseringsorientering; en lokal strømvarmemetode ble brukt til å generere en temperaturgradient, og en langsgående spin-Seebeck-effekt ble brukt til å stimulere YIGs. Den magnetiske fluxen, gjennom den magnetiske underventilens magnetiske delstrøm, kan realisere elektrisk måling gjennom anti-spin-Hall-effekten i Pt; da finner den magnetiske delventil-effekten, det vil si den relative orienteringen av tolags-YIG kan reguleres gjennom magnetventilens magnetiske fluxstørrelse, hvor det relative magneto-ventilforholdet (MVR) av flat og anti -parallell tilstand ved romtemperatur kan nå 19%; og det avslører at forholdet mellom magnetventilforholdet hovedsakelig avhenger av magnetisolatoren / Temperaturavhengigheten av konverteringseffektiviteten til magnetron-elektron-spinnet ved metallgrensesnittet er i overensstemmelse med det teoretiske beregningsresultatet; Spinndiffusjonen av Au oppnås ved å tilpasse avhengigheten av forholdet mellom den magnetiske subvalve og Au tykkelsen. Lengden er 15,1 nm, som er i samsvar med resultatene oppnådd ved hjelp av rotasjonspumpe-metoden [Hao Wu og XF Han et al., Phys. Rev Lett. 120 (2018) 097205, DOI: https://doi.org/10.11 03 / PhysRevLett.120.097205, redaktørens forslag og utvalgt i fysikk].
YIG / Au / YIG, magnetmagnetisk isolator / mellomlag / magnetisk isolator (MI / NM / MI) magnetventilstruktur utarbeidet av dette forskningsarbeidet, er i seg selv en spinninformasjonsoverføring og logisk drift. Den grunnleggende magnetiske typen kjernecelleanordning er også det materielle og fysiske grunnlaget for fremtidig forskning og utvikling av magnetiske underenheter basert på magnetiske substrømkretser, logikk, lagring, dioder, transistorer, bølgeledere og brytere. Det viser at en ny klasse av spintronics-kjerneinnretninger med magnetiske isolatorer som spininformasjonsbærere i magnetiske isolatorer har viktige applikasjonsutsikter, og gjennombrudd i materialer, fysikk og enheter vil potensielt akselerere lav-energi, omskrivbar, fødsel av nye ikke- flyktige og høyfrekvente dataserier kjerneenheter. Og denne magnetventilstrukturen kan tilpasses den eksisterende integrerte integrerte kretsprosessen, noe som bidrar til fremtidig integrert integrering og omfattende utnyttelse av magnetiske underenheter, spintroniske enheter og halvledermikroelektroniske enheter.
www.greatmagtech.com www.gme-magnet.com