Magnetische data-opslag op chip presteert beter op ’nette’ grensvlakken

De Nederlandse Universiteit Twente toont aan welke invloed temperatuur heeft op het grensvlak tussen twee materialen, waar het gaat om magnetische data-opslag zonder bewegende onderdelen.

Trefwoorden: #data, #elektron, #geleider, #golfgedrag, #grensvlak, #kristal, #magnetisch, #materiaal, #opslag, #quantummechanisch, #spin, #spin memory loss, #SSD, #stroomgeleider, #temperatuur, #tweedimensionaal, #UTwente

Lees verder

research

( Foto: UTwente )

ENGINEERINGNET.BE - In datacenters verschijnt steeds vaker de solid-state dataopslag (SSD), snel en volledig elektronisch. Maar magnetische opslag heeft als voordeel dat informatie ook zonder spanning bewaard blijft. En het is goedkoper.

Het mooiste is om de voordelen van elektronisch schrijven en lezen, zoals bij een SSD, te combineren met magnetische opslag. De prestaties hangen sterk af van wat er aan het grensvlak van twee materialen gebeurt, aldus UT-onderzoekers. Zij hebben vier typische combinaties van materialen onderzocht op verliezen die kunnen optreden.

Het ene materiaal is bijvoorbeeld een stroomgeleider, het ander is magnetisch. Elektronen transporteren hun lading door de geleider, maar ze hebben nóg een eigenschap en dat is hun ‘spin’: ze tollen om hun as, met de klok mee of ertegenin.

Een spin-stroom is vanuit de geleider, dankzij het ‘Spin Hall effect’, naar het magnetisch materiaal te koppelen: de spin kan plaatselijk het magnetisch materiaal doen omklappen en zo een ‘1’ of een ‘0’ schrijven. Het magnetische materiaal neemt daarbij de spinstroom over van de stroomgeleider.

Er is ook een variant mogelijk van een ‘sandwich’ van twee magnetische lagen met een niet-magnetische laag ertussen. Het zijn verschillende mogelijkheden om een magnetic random access geheugen te realiseren. Het onderzoek geeft meer inzicht in ‘spin memory loss’, waarbij spinstroom aan het grensvlak kan ‘kwijtraken’.

Dit verlies is de afgelopen jaren uitgebreid onderzocht, maar het gros van de experimenten is uitgevoerd bij zeer lage temperaturen. Juist die temperatuur maakt, zeker voor sommige magnetische materialen, het verschil, zo blijkt nu. De rekenmodellen gaan uit van de quantummechanische beschrijving, met ‘scattering theory’ en het golfgedrag van elektronen.

Bij stijgende temperaturen gaan de atomen steeds meer trillen, waardoor de ordening in het kristal verschuift. Dat heeft gevolgen voor het grensvlak tussen stroomgeleider en magnetisch materiaal, en daarmee ook voor de overdracht van spin-informatie van het ene naar het andere materiaal.

Ook blijkt dat, bij materialen met een heel verschillende kristalstructuur, de ‘nette’ aansluiting van het ene kristal op het andere doorslaggevend is. Een mismatch zorgt voor een grotere spin memory loss.

Meer fundamentele kennis helpt bij het kiezen van de optimale combinatie van materialen en fabricagetechnologie, om de materialen zo goed mogelijk op elkaar te laten aansluiten.

De onderzoekers gaan hun methodiek ook toepassen op de nieuwe generatie tweedimensionale magnetische materialen.