Informations-Speicherung in antiferromagnetischen Materialien

Konventionelle Elektronik auf Silizium­basis stößt aufgrund der kontinuier­lichen techno­logischen Entwicklung zunehmend an physikalische Grenzen, etwa bei der Größe des Bits oder der Anzahl der benötigten Elektronen, um eine Information zu speichern. Eine Alternative bietet die Spintronik, insbesondere die anti­ferro­magnetischen Materialien. Dabei werden nicht nur die Elektronen selbst genutzt, um Informationen zu speichern, sondern auch ihr Spin, der eine magnetische Information enthält. Auf diese Weise lassen sich doppelt so viele Informationen im selben Raum speichern. Bislang war jedoch umstritten, ob es überhaupt gelingen kann, Informationen auf anti­ferro­magnetischen Materialien elektrisch zu speichern.

Forscher der Uni Mainz haben jetzt in Zusammen­arbeit mit der Tohoku University in Japan nach­gewiesen, dass es funktioniert. „Wir konnten nicht nur zeigen, dass eine Informations­speicherung in anti­ferro­magnetischen Materialien grund­sätzlich möglich ist, sondern darüber hinaus sogar messen, wie effizient Informationen in isolierenden anti­ferro­magnetischen Materialien elektrisch geschrieben werden können“, erklärt Lorenzo Baldrati von der Uni Mainz. Für ihre Messungen nutzten die Forscher den anti­ferro­magnetischen Isolator Kobalt­oxid CoO – ein Modell­material, das den Weg für Anwendungen ebnet.

Das Ergebnis: Ströme sind zur Manipulation anti­ferro­magnetischer Materialien deutlich effizienter als Magnet­felder. Diese Entdeckung eröffnet den Weg für Anwendungen, von Smartcards, die nicht durch externe Magnet­felder gelöscht werden können, bis hin zu ultra­schnellen Computern dank der über­legenen Eigen­schaften von Anti­ferro­magneten gegen­über Ferro­magneten reichen. In weiteren Schritten wollen die Forscher unter­suchen, wie schnell sich die Informationen speichern lassen und wie klein­räumig die Speicher beschrieben werden können.

JGU / RK

Weitere Infos

• Originalveröffentlichung
  L. Baldrati et al.: Efficient Spin Torques in Antiferromagnetic CoO/Pt Quantified by Comparing Field- and Current-Induced Switching, Phys. Rev. Lett. 125, 077201 (2020); DOI:10.1103/PhysRevLett.125.077201
• Kläui-Laboratory, Institut für Physik, Johannes-Gutenberg-Universität Mainz