机制“分裂”磁性材料中的电子自旋——可以实现新的节能存储设备

科学家们发现了一种在铁磁体薄层中转换磁化强度的策略，这种技术最终可能会导致开发更节能的磁存储设备。（艺术家的概念。）

康奈尔大学的研究人员确定了一种通过以直角保持适当材料来切换铁磁体薄层磁化的方法——这种技术最终可能会导致开发更节能的磁存储设备。

当这些自旋电流与薄磁性层相互作用时，它们会转移角动量并产生足够的扭矩来将磁化强度切换 180 度。（切换这种磁性方向的过程就是人们在磁性存储设备中写入信息的方式。）

拉尔夫的小组专注于寻找方法来控制自旋电流的自旋方向，方法是用反铁磁材料产生自旋电流。在反铁磁体中，每隔一个电子自旋指向相反的方向，因此没有净磁化。

“从本质上讲，反铁磁顺序可以降低样品的对称性，足以允许存在非常规的自旋电流方向，”拉尔夫说。“反铁磁体的机制似乎也提供了一种实际上获得相当强的自旋流的方法。”

该团队一直在用反铁磁体二氧化钌进行试验，并测量其自旋电流如何使称为坡莫合金的镍铁磁性合金薄层中的磁化倾斜，这种合金是一种软铁磁体。为了绘制出扭矩的不同分量，他们测量了它在各种磁场角度下的影响。

“我们一开始并不知道我们看到了什么。它与我们之前看到的完全不同，我们花了很多时间才弄清楚它是什么，”Jain 说。“此外，这些材料很难集成到存储设备中，我们希望找到其他能够显示出类似行为并且可以轻松集成的材料。”

研究人员最终确定了一种称为“动量相关自旋分裂”的机制，这是氧化钌和同类反铁磁体所独有的。

“长期以来，人们认为反铁磁体中自旋向上和向下自旋的电子总是表现相同。这类材料确实是新事物，”拉尔夫说。“自旋和自旋电子态本质上具有不同的依赖性。一旦开始施加电场，就会立即为您提供一种产生强自旋电流的方法，因为自旋向上和自旋向下的电子反应不同。因此，您可以比另一个加速其中一个，并通过这种方式获得强大的自旋流。”

这种机制已被假设，但以前从未记录过。当反铁磁体中的晶体结构在器件内适当定向时，该机制允许自旋电流倾斜一个角度，该角度可以实现比其他自旋轨道相互作用更有效的磁转换。

现在，Ralph 的团队希望找到制造反铁磁体的方法，在这种方法中他们可以控制畴结构——即电子磁矩沿同一方向排列的区域——并单独研究每个畴，这具有挑战性，因为畴是通常混合。

最终，研究人员的方法可能会导致包含磁性随机存取存储器的技术取得进步。

“希望是制造出非常高效、非常密集和非易失性的磁存储设备，以改进现有的硅存储设备，”拉尔夫说。“这将允许在计算机中完成记忆的方式发生真正的变化，因为你将拥有本质上具有无限耐力的东西，非常密集，非常快，并且即使关闭电源，信息也会保留。这些天没有记忆可以做到这一点。”