Forscher haben einen Durchbruch in der Spintronik erzielt, der die nächste Generation der Elektronik revolutionieren könnte. Diese bahnbrechende Entwicklung ermöglicht Nichtflüchtigkeit, die Integration im großen Maßstab, niedrigen Stromverbrauch, hohe Geschwindigkeit und Zuverlässigkeit in Spintronik-Geräten. Die Forschung wurde am 25. August 2023 im Journal Physical Review B veröffentlicht.
Spintronik-Geräte wie magnetische Random-Access-Speicher (MRAM) nutzen die Magnetisierungsrichtung von ferromagnetischen Materialien zur Speicherung von Informationen und sind auf Spinstrom zum Lesen und Schreiben von Daten angewiesen. Herkömmliche Halbleiter-Elektronik hat Grenzen bei der Erreichung dieser Eigenschaften.
Spintronik-Geräte mit drei Terminalpunkten, die separate Strompfade zum Schreiben und Lesen von Daten haben, reduzieren Schreibfehler und erhöhen die Schreibgeschwindigkeit. Die Reduzierung des Energieverbrauchs beim Schreiben von Informationen, insbesondere beim Umschalten der Magnetisierung, bleibt jedoch eine Herausforderung.
Die Forscher konzentrierten sich auf Kobalt-Zinn-Schwefel (Co3Sn2S2), eine Verbindung, die bei niedrigen Temperaturen ferromagnetische Eigenschaften aufweist und bei Raumtemperatur paramagnetisches Verhalten zeigt. Co3Sn2S2 ist ein topologisches Material und zeigt einen bemerkenswerten anomalen Hall-Effekt, wenn es in einen ferromagnetischen Zustand übergeht.
Die Forscher verwendeten theoretische Berechnungen, um die elektronischen Zustände von ferromagnetischem und paramagnetischem Co3Sn2S2 zu erforschen und stellten fest, dass die Elektronen-Dotierung den Spin-Hall-Effekt verstärkt. Sie synthetisierten dünne Schichten aus Co3Sn2S2, die teilweise mit Nickel (Ni) und Indium (In) substituiert waren, um ihre theoretischen Vorhersagen zu validieren.
Die Experimente zeigten, dass Co3Sn2S2 den signifikantesten anomalen Hall-Effekt aufwies, während (Co2Ni)Sn2S2 den stärksten Spin-Hall-Effekt aufwies, was mit den theoretischen Vorhersagen übereinstimmt.
Die Forscher sind der Meinung, dass ihre Ergebnisse den Weg zur Entdeckung neuer Spin-Hall-Materialien weisen und die Entwicklung von ultraniedrigem Energieverbrauch in Spintronik-Geräten beschleunigen werden.
Einführung
Forscher haben einen bedeutenden Durchbruch in der Spintronik erzielt, der die nächste Generation der Elektronik revolutionieren könnte. Dieser Durchbruch ermöglicht Nicht-Volatilität, große Integration, niedrigen Stromverbrauch, hohe Geschwindigkeit und hohe Zuverlässigkeit in Spintronik-Geräten. Die Forschung wurde am 25. August 2023 in der Zeitschrift Physical Review B veröffentlicht.
Verständnis von Spintronik-Geräten
Spintronik-Geräte, wie magnetischer Random-Access-Speicher (MRAM), nutzen die Magnetisierungsrichtung ferromagnetischer Materialien zur Speicherung von Informationen und verlassen sich für das Lesen und Schreiben von Daten auf den Spin-Strom. Diese Geräte bieten Vorteile gegenüber konventioneller Halbleiterelektronik, stoßen jedoch auf Grenzen bei der Erreichung bestimmter Eigenschaften.
Grenzen der konventionellen Halbleiterelektronik
Konventionelle Halbleiterelektronik stößt an Grenzen bei der Erreichung von Nicht-Volatilität, großer Integration, niedrigem Stromverbrauch, hoher Geschwindigkeit und hoher Zuverlässigkeit – Eigenschaften, die Spintronik-Geräte möglicherweise überwinden können.
Dreiterminal-Spintronik-Geräte
Dreiterminal-Spintronik-Geräte, bei denen separate Stromwege zum Schreiben und Lesen von Daten existieren, bieten Vorteile wie reduzierte Schreibfehler und erhöhte Schreibgeschwindigkeit. Die Reduzierung des Energieverbrauchs während des Informations-Schreibens, insbesondere beim Umschalten der Magnetisierung, bleibt jedoch eine Herausforderung.
Aktuelle Herausforderungen bei Dreiterminal-Spintronik-Geräten
Die Reduzierung des Energieverbrauchs während des Umschaltens der Magnetisierung stellt eine bedeutende Herausforderung bei Dreiterminal-Spintronik-Geräten dar.
Fokus auf Cobalt-Zinn-Schwefel (Co3Sn2S2)
Die Forscher konzentrierten sich auf Cobalt-Zinn-Schwefel (Co3Sn2S2), eine Verbindung, die bei niedrigen Temperaturen ferromagnetische Eigenschaften aufweist und bei Raumtemperatur paramagnetisches Verhalten zeigt. Co3Sn2S2 ist ein topologisches Material und zeigt einen bemerkenswerten anomalen Hall-Effekt, wenn es in einen ferromagnetischen Zustand übergeht.
Einzigartige Eigenschaften von Cobalt-Zinn-Schwefel (Co3Sn2S2)
Cobalt-Zinn-Schwefel (Co3Sn2S2) ist ein topologisches Material mit einzigartigen Eigenschaften, darunter ferromagnetisches Verhalten bei niedrigen Temperaturen und paramagnetisches Verhalten bei Raumtemperatur. Es zeigt einen anomalen Hall-Effekt beim Übergang in einen ferromagnetischen Zustand.
Theoretische Berechnungen und experimentelle Validierung
Die Forscher verwendeten theoretische Berechnungen, um die elektronischen Zustände von ferromagnetischem und paramagnetischem Co3Sn2S2 zu untersuchen. Sie stellten fest, dass die Elektronenbeimischung den Spin-Hall-Effekt verstärkt. Um ihre theoretischen Vorhersagen zu validieren, synthetisierten die Forscher dünne Schichten aus teilweise mit Nickel (Ni) und Indium (In) substituiertem Co3Sn2S2.
Theoretische Berechnungen und elektronische Zustände
Die Forscher verwendeten theoretische Berechnungen, um die elektronischen Zustände von ferromagnetischem und paramagnetischem Co3Sn2S2 zu untersuchen. Sie entdeckten, dass die Elektronenbeimischung den Spin-Hall-Effekt in dieser Verbindung verstärkt.
Experimentelle Validierung der theoretischen Vorhersagen
Die Forscher synthetisierten dünne Schichten aus teilweise mit Nickel (Ni) und Indium (In) substituiertem Co3Sn2S2, um ihre theoretischen Vorhersagen zu validieren. Die experimentellen Ergebnisse stimmten mit den theoretischen Vorhersagen überein und bestätigten den verstärkten anomalen Hall-Effekt in Co3Sn2S2 und den Spin-Hall-Effekt in (Co2Ni)Sn2S2.
Auswirkungen und zukünftige Aussichten
Die Forscher sind der Meinung, dass ihre Ergebnisse den Weg zur Entdeckung neuer Spin-Hall-Materialien weisen und die Entwicklung von ultraniedrigem Stromverbrauch in der Spintronik beschleunigen werden. Diese Geräte haben das Potenzial, die nächste Generation der Elektronik durch Nicht-Volatilität, große Integration, niedrigen Stromverbrauch, hohe Geschwindigkeit und hohe Zuverlässigkeit zu revolutionieren.
Der Weg nach vorne
In der Zukunft werden weitere Forschung und Entwicklung in der Spintronik vorangetrieben, um das Feld weiter voranzutreiben und neue Möglichkeiten im Bereich der Elektronik zu eröffnen. Die kontinuierliche Erforschung und das Verständnis von spintronischen Phänomenen werden den Weg für noch bedeutendere Durchbrüche ebnen.
