就像蝴蝶翅膀的扇動一樣，有時微小的變化會給我們的生活帶來意想不到的巨大變化。最近，浦項科技大學(POSTECH)的研究人員通過一個非常小的變化開發(fā)出一種名為“自旋軌道扭矩(SOT)”的材料，這是下一代 DRAM 內存的熱門話題。

該研究團隊由物理系的 Daesu Lee 教授和博士生 Yongjoo Jo 以及 POSTECH 材料科學與工程系的 Si-Young Choi 教授領導，通過對復合氧化物進行原子級控制，實現(xiàn)了高效的無場 SOT 磁化切換。他們的研究成果最近發(fā)表在納米科學和納米技術的國際期刊《納米快報》上。

SOT 源于電子的自旋(磁性)和運動(電性)之間的相互作用。這種現(xiàn)象通過電流流動時自旋的運動來控制磁狀態(tài)。通過利用磁信息而不是電信息，可以降低存儲器功耗，這對于即使在斷電時也能保留信息的非易失性存儲器非常有利。研究人員一直在積極探索包括半導體和金屬在內的各種材料以用于這些應用。特別是，人們對發(fā)現(xiàn)同時表現(xiàn)出磁性和“自旋霍爾效應”的材料非常感興趣。通過 SOT 實現(xiàn)高效磁化切換的研究引起了廣泛關注。然而，仍然存在一個挑戰(zhàn)：單層內產(chǎn)生的相反自旋電流往往會相互抵消。

在這項研究中，浦項科技大學的 Daesu Lee 教授和 Si-Young Choi 教授通過系統(tǒng)地修改材料看似微不足道的結構解決了這個問題。釕酸鍶 (SrRuO 3 ) 是一種以表現(xiàn)出磁性和自旋霍爾效應而聞名的復合氧化物，已廣泛應用于 SOT 研究。該團隊通過精細調整這些層的原子晶格結構，在頂部和底部表面層合成了具有不對稱自旋霍爾效應的 SrRuO 3。通過利用精心設計的不對稱表面結構在自旋霍爾效應中創(chuàng)造不平衡，他們能夠控制特定方向的磁化。

基于這種方法，該團隊成功實現(xiàn)了無需磁場的高效磁化切換。通過將 SOT 整合到基于 SrRuO 3的設備中，他們可以僅使用電流來重新調整磁疇以寫入和讀取數(shù)據(jù)。與迄今為止已知的任何單層無場系統(tǒng)相比，由此產(chǎn)生的存儲設備表現(xiàn)出最高的效率(高出 2 至 130 倍)和最低的功耗(低 2 至 30 倍)。這種磁化切換是在沒有磁場的情況下完成的，同時保留了先前研究中使用的SrRuO 3的常規(guī)特性。

浦項科技大學的李大修教授對此充滿期待，他說：“該團隊合成的非對稱SrRuO 3是研究鐵磁性與自旋霍爾效應相互作用的重要平臺。”他補充說：“我們期待進一步研究，以發(fā)現(xiàn)新的SOT機制并開發(fā)高效的室溫單相SOT材料。”

該研究得到了三星未來技術孵化計劃和韓國國家研究基金會中期職業(yè)研究計劃的支持。