Фізики з Китаю і США запропонували новий спосіб отримання спинових магнітних пристроїв пам'яті з розміром комірки менше 10 нанометрів. Виявилося, що необхідні для таких пристроїв плівки з анізотропних магнітних частинок в діелектричній матриці утворюються в результаті самозбірки при магнетронному розпиленні. Магнітні властивості отриманих пристроїв роблять їх перспективними елементами майбутньої енергонезалежної спінтроніки, пишуть вчені в.
У спинтронних пристроях інформація кодується і зберігається не в зарядах електронів, як у звичайній електроніці, а в їхніх спинах. Один з пристроїв, який вже зараз може використовуватися в електронних пристроях, - магнітні елементи пам'яті з перенесенням спинового моменту (spin transfer torque magnetic random access memory), в яких для зміни орієнтації використовується ефект тунельного магнетосопротивлення. Одиничний запам'ятовуючий елемент у таких комірках - магнітна наночастинка, магнітний момент якої орієнтується перпендикулярно площині пристрою. Від сусідніх частинок вона відокремлена нанометровим ізолюючим шаром, і кодування інформації відбувається з використанням тунельного струму в цьому діелектричному зазорі. Детальніше про спинові елементи пам'яті та інші спинтронні пристрої можна прочитати в нашому матеріалі «Магнетизм електрики».
Магнітні елементи пам'яті з перенесенням спинового моменту відносяться до класу енергонезалежних запам'ятовуючих пристроїв, і дозволяють виробляти запис швидко і з дуже невеликими витратами енергії, при цьому перезаписувати інформацію в них можна практично нескінченне число разів. Одна з проблем при створенні цих наноячеек пам'яті - пошук балансу між розмірами пристрою, стійкістю по відношенню до теплових коливань і можливістю використання для перезапису відносно низьких щільностей струму.
Фізики з Китаю і США під керівництвом Місяця Ю (Long You) з Хуачжунського університету науки і технології виявили, що отримувати подібні осередки пам'яті потрібного розміру можна з анізотропних магнітних наночастинок, які утворюють необхідну структуру за рахунок процесів самоорганізації. Як магнітні елементи вчені використовували анізотропні частинки зі сплаву заліза і платини (FePt) діаметром у кілька нанометрів. Для отримання масивів з таких частинок, в діелектричній матриці з оксиду цирконію ZrO2 вчені використовували одночасне магнетронне розпилення у вакуумі сплаву Fe55Pt45 та оксиду цирконію з потоком аргону при 520 градусах Цельсія.
В результаті фізикам вдалося отримати плівки з магнітних частинок з мінімальним розміром однієї комірки близько 5 нанометрів. Між собою частинки були розділені діелектричним шаром товщиною близько 1 нанометра. Щоб керувати намагніченістю наночастинок за допомогою тунельного струму вчені використовували скануючий тунельний мікроскоп, для якого розробили спеціальний багатошаровий зонд, що складається з двох магнітних і одного діелектричного шарів. За допомогою цього зонда можна було перемикати напрямок спинового струму і змінювати при цьому взаємну орієнтацію сусідніх магнітних наночастинок
Коерцитивна сила магнітних наночастинок в отриманій плівці склала 23,2 кілоерстеда, а напруженість магнітного поля анізотропії вздовж осі важкого намагнічування - близько 6 тесла. За словами авторів дослідження, ці значення свідчать про перспективність запропонованого методу для створення спинових пристроїв пам'яті, які не вимагають для зберігання інформації ніяких джерел енергії і можуть використовуватися спинтронних пристроїв з наднизьким споживанням потужності. Крім того, розроблений фізиками зонд для дослідження і управління цими плівками також може застосовуватися в майбутньому.
Інший підхід до створення елементів спинової магніторезистивної пам'яті для комп'ютерів - створення пристроїв з вкрай високою щільністю спинового струму. Наприклад, нідерландські фізики створили для цього рекордний за розмірами пристрій на основі ферромагнетика і надпровідника, який також може використовуватися при виробництві магнітних датчиків або твердотільних акумуляторів, не заснованих на хімічних реакціях.