Как создать память MRAM

Учёные из Университета Твенте (Нидерланды) получили ультратонкие плёнки с необычной комбинацией свойств: являясь магнитными при комнатной температуре, они не проводят ток. Такие материалы были бы чрезвычайно полезны там, где нужна способность к быстрому магнитному переключению, — к примеру, в новых типах компьютерной памяти.

Отчёт об открытии опубликован журнале Physical Review Letters.

Структура LSMO, вид сверху. Красные шарики — лантан, зелёные — стронций. Слева — нерегулярная структура, справа — регулярная. Свойства материала могут зависеть и от регулярности тоже. (Иллюстрация Argonne National Laboratory.)

Материалом для необычной плёнки послужил манганит стронция и лантана (La_0,67Sr_0,33MnO₃, для краткости — LSMO). В процессе роста плёнки на подложке из титаната стронция SrTiO₃ (110) её кристаллическая структура меняется: от слоя к слою увеличивается порядок решётки, что приводит к постепенному относительному сдвигу атомов. Сам по себе LSMO — проводящий материал, но если толщина образующейся на подложке плёнки не превосходит 40 нм, электрическая проводимость резко падает до виртуального нуля. Одновременно возрастает температура фазового перехода второго рода (температура Кюри). В результате материал остаётся магнитным даже при температурах, намного превышающих комнатную (до 560 К). Для достижения воспроизводимости желаемых изменений в кристаллической решётке нужно очень точно контролировать рост плёнки.

Всё это было бы, наверное, не так интересно, если бы наблюдаемый эффект не был связан со спинтроникой — разделом квантовой электроники, занимающимся изучением спин-поляризованного транспорта. Полученная плёнка — идеальный кандидат на звание «изолирующего туннельного барьера» в устройствах на основе эффекта спинового токопереноса, работающих при комнатных температурах. Альтернативные материалы здесь не новинка, но их функционирование до сих пор ограничивалось довольно низкими температурами.

Электроны, являющиеся переносчиками заряда, обладают ещё одним очень важным (квантовым) свойством — спином. Направление спина (направление вращения вокруг своей оси; осуществляется либо по часовой стрелке, либо против) представляет собой элементарную единицу магнитной информации. В силу особенностей своего строения (послойное изменение параметров кристаллической решётки, приводящее к некоторому сдвигу атомов в определённом направлении) ультратонкие LSMO-плёнки демонстрируют существование преимущественной ориентации спиновых моментов. В данном случае это означает, что электроны, обладающие «преимущественным» направлением спина, способны с лёгкостью туннелировать сквозь плёнку; для остальных туннелирование остаётся маловероятным событием (спин можно переключать с помощью внешнего магнитного поля). В результате появляются предпосылки для создания нового метода записи информации для будущих спинтронных устройств.

Подготовлено по материалам Университета Твенте.