In ihrer neuesten Studie behaupten Wissenschaftler, einen Weg gefunden zu haben, den Ausrichtungszustand magnetischer Atome in einem antiferromagnetischen Material zu steuern. Dies verspricht die Entwicklung besserer kleinerer Sensoren und Speichergeräte. Die Forscher beschreiben nun ihren neuen Ansatz, der auf einem steuerbaren Exchange-Bias-Effekt basiert, der asymmetrische magnetische Aktionen von Geräten ermöglicht, die aus einer komplexen Kombinationsstruktur verschiedener Arten magnetischer Materialien bestehen.
Spintronik ist eine neue Technologie zur Herstellung elektronischer Geräte, die den Spin des Elektrons und die damit verbundenen magnetischen Eigenschaften nutzen, anstatt nur die elektrische Ladung eines Elektrons zur Informationsübertragung zu verwenden. Antiferromagnetische Materialien haben die Aufmerksamkeit von Forschern in der Spintronik auf sich gezogen, da sie Spinoperationen mit erhöhter Stabilität erwarten. Im Gegensatz zu ferromagnetischen Materialien, deren Atome in die gleiche Richtung ausgerichtet sind wie in typischen Kühlschrankmagneten, haben die magnetischen Atome in einem Antiferromagneten antiparallele Spinorientierungen, die ihre Nettomagnetisierung aufheben.
Wissenschaftler haben daran gearbeitet, die Ausrichtung magnetischer Atome in antiferromagnetischen Materialien zu steuern, um magnetische Schalter zu erzeugen. Traditionell wurde dies mithilfe einer „Feldkühlungs“-Technik erreicht, bei der ein magnetisches System, das ein antiferromagnetisches Material enthält, erhitzt und dann gleichzeitig abgekühlt wird, während ein externer Magnet angelegt wird. Dieser Prozess ist jedoch für die Verwendung in vielen mikro- oder nanostrukturierten Spintronik-Geräten unwirksam, da die räumliche Auflösung des Prozesses selbst nicht hoch genug ist, um in einem mikro- oder nanoskaligen Magnetfeld angewendet zu werden, sagt Jung-Il Hong vom Spin-DGIST Nanotechnology Laboratory. Der Prozess kann herkömmliches Erhitzen und Kühlen ersetzen, das unbequem und schädlich für magnetisches Material ist. „Wir hoffen, dass unser neuer Prozess die Integration antiferromagnetischer Materialien in spintronikbasierte Mikro- und Nanogeräte ermöglicht“, sagt Jung-II Hong.
Hong und seine Kollegen kombinierten zwei Schichten: einen ferromagnetischen Film aus Kobalt-Eisen-Bor über einem antiferromagnetischen Film aus Iridium-Mangan. Die Schichten wurden auf piezoelektrischen Keramiksubstraten gewachsen. Die kombinierte Anwendung mechanischer Vibrationen und eines Magnetfelds ermöglichte es den Wissenschaftlern, die Ausrichtung der magnetischen Spins wiederholt in jede gewünschte Richtung zu steuern. Das Team hat sich zum Ziel gesetzt, die Forschung und Entwicklung neuer magnetischer Phasen jenseits konventionell klassifizierter magnetischer Materialien fortzusetzen. „In der Vergangenheit hat die Entdeckung neuer Materialien zur Entwicklung neuer Technologien geführt“, sagt Hong. Diese Forschungsarbeit wird der Keim für neue Technologien sein.
