Importante avance en dispositivos de memoria

Investigadores de RIKEN, la Universidad de Tokio, y el Instituto Nacional para la Ciencia de los Materiales lograron por primera vez la generación y visualización del estado de un vórtice de spin electrónico “moléculas skyrmion” con carga topológica 2 dentro de una fina película de “La1 2 xSr2-2xMn2O7, “un óxido de manganeso en capas que es un material ferromagnético con anisotropía uniaxial. Mientras que la densidad de corriente necesaria para la conducción de las paredes de dominio dentro de un sistema ferromagnético es de alrededor de 1 billón de amperios por metro cuadrado, lograron conducir esas moléculas skyrmionos con una milésima de la densidad.

Este resultado se logró por un grupo conjunto de investigación dirigido por el Dr. Xiuzhen Yu, investigador senior, y el Dr. Yoshinori Tokura, Director del Grupo de Investigaciones Físicas y Profesor de la Escuela de Ingeniería de la Universidad de Tokio, del Grupo RIKEN con la ayuda del Center for Emergent Materia Science, y el Dr. Koji Kimoto, Director de la Unidad de Física de superficies y Estructuras de la División de Tecnologías del Advanced Key. Junto a los directores de los centros, los Doctores Yoshinori Tokura y Daisuke Fujita

Los dispositivos magnéticos de memoria, que utilizan la dirección de los espines de los electrones dentro de los materiales como información magnética, se consideran prometedores dispositivos de próxima generación con propiedades de alta velocidad y no volátiles. En los últimos años, estos dispositivos que manipulan las paredes de dominio dentro de nanocables ferromagnéticos mediante el uso del centrifugado de corriente eléctrica polarizada, han sido estudiados intensamente. Sin embargo, las paredes de dominio en movimiento requieren una gran densidad de corriente de al menos aproximadamente mil millones de amperios por metro cuadrado, y el gran consumo de energía que presenta es un problema. Por lo tanto, era necesaria una manera de conducir una densidad de corriente más pequeña.

En este sentido, se ha prestado atención a los “skyrminos”, que son texturas topológicas magnéticas en las que los espines de los electrones se alinean en forma de vórtice. A diferencia de las paredes de dominio ferromagnético, los skyrmionos no tienen lugares de fijación y pueden evitar los obstáculos en el dispositivo. Por lo tanto, pueden ser conducidos con una baja densidad de corriente mucho menor que las paredes de dominio ferromagnéticas. Un único skyrmion tiene carga topológica 1, que es el equivalente a 1 bit de información. Se habían predich0 skyrmions con mayor carga topológica de modo teórico, pero nunca se habían observado realmente. El grupo de investigación conjunta tuvo éxito por primera vez en la generación de moléculas skyrmion con carga topológica 2 en óxido de manganeso en capas La1 2 xSr2-2xMn2O7 mientras se controlaba la anisotropía uniaxial y el campo magnético aplicado externamente, y la conducción con una milésima de la densidad de corriente convencionalmente requerida para la conducción en paredes ferromagnéticas. Tales hallazgos traerán un gran desarrollo en el diseño de dispositivos de memoria magnética novedosos con alta densidad y bajo consumo de energía con el uso de skyrmions. El resultado de la investigación se ha publicado en la edición digital de la revista científica británica Nature Communications.

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