Асимметричный спиновый крутящий момент обеспечивает детерминированное управление антиферромагнитной памятью
Исследовательская группа под руководством профессора Шао Динфу из Хэфэйских институтов физических наук Китайской академии наук предложила универсальный механизм, позволяющий осуществлять детерминированное электрическое управление коллинеарными антиферромагнетиками, преодолевая давнюю проблему в антиферромагнитной спинтронике. Исследование опубликовано в журнале Physical Review Letters.
Рис. 1. Схематическое изображение физического механизма, лежащего в основе асимметричного спинового момента в антиферромагнитных системах. На границе тонких пленок или устройств уменьшение симметрии приводит к неравномерному поглощению инжектированного спинового тока подрешетками А и В антиферромагнетика, тем самым генерируя асимметричный спиновый момент, который приводит к детерминированному переключению вектора Нееля. Автор изображения: Шао Динфу.
В данной работе учёные вышли за рамки идеализированных объемных кристаллов и сосредоточилась на реалистичных тонкопленочных устройствах. В таких структурах симметрия на границе раздела нарушается естественным образом. Когда в пленку вводится спиновый ток, две магнитные подрешетки перестают поглощать одинаковое количество спина. Этот микроскопический дисбаланс создает то, что исследователи называют "асимметричным спиновым моментом". Этот процесс похож на качели — если с обеих сторон приложены равные силы, система только колеблется. Но даже малейший дисбаланс может решительно её опрокинуть.
Аналогично, равномерная инжекция спина лишь вызывает быстрые колебания вектора Нееля, не обеспечивая детерминированного переключения. В отличие от этого, асимметричный спиновый момент позволяет надежно перевернуть вектор Нееля, что делает возможной контролируемую запись данных. Примечательно, что этот механизм аналогичен хорошо зарекомендовавшим себя методам спин-переносного момента и спин-орбитального момента, используемым в ферромагнитных устройствах, что обеспечивает технологическую совместимость.
Рис. 2. Асимметричный спиновый момент обеспечивает детерминированное управление антиферромагнитной памятью. Фото: Шао Динфу.
Модель также показывает, что антиферромагнетики обладают необычайной устойчивостью. В отличие от ферромагнетиков, их сильная внутренняя обменная связь защищает вектор Нееля, который остается стабильным даже при магнитных полях, в 10 раз превышающих поле анизотропии, — что соответствует экспериментальным результатам для антиферромагнетика типа А Cr₂O₃ в поле 3 Тесла.
Теоретически эта асимметричная структура спинового момента применима ко всем коллинеарным антиферромагнетикам.
