КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

 

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

---

Номер проекта 21-42-00041

НазваниеИсследование высокоэффективной передачи спин-орбитального крутящего момента в синтетических антиферромагнитных и ферромагнитных наногетероструктурах: физика и приложения

Руководитель Давыденко Александр Вячеславович, Кандидат физико-математических наук

Организация финансирования, регион федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Дальневосточный федеральный университет" , Приморский край

Конкурс №52 - Конкурс 2020 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований международными научными коллективами» (NSFC)

Область знания, основной код классификатора 02 - Физика и науки о космосе; 02-207 - Магнитные явления

Ключевые слова Магнитные наноструктуры, спин-орбитальная связь, спиновый эффект Холла, эффект передачи спин-орбитального крутящего момента, синтетический антиферромагнетик, взаимодействие Дзялошинского-Мория, спин Холловское магнитосопротивление, перпендикулярная магнитная анизотропия

Код ГРНТИ29.19.22

---

 

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

---

Аннотация
Эффект передачи спин-орбитального крутящего момента (SOT эффект), при котором ток может быть преобразован в эффективное магнитное поле благодаря спин-орбитальной связи и далее использован для управления намагниченностью, является перспективным для энергонезависимой магнитной оперативной памяти (MRAM), гибридных устройств "логика-в-памяти" (logic-in-memory) и нейроморфных вычислителей. SOT эффект позволяет перемагничивать среды с перпендикулярной и комбинированной анизотропиями и обуславливает субтерагерцовую динамику. Эти преимущества делают SOT эффект привлекательным для приложений как со стороны исследователей, так и индустрии. В частности, память MRAM-типа, работающая на основе SOT эффекта (так называемая SOT-MRAM), превосходит на порядки память STT-MRAM, основанную на эффекте передачи спинового крутящего момента (spin-transfer-torque, STT), по таким параметрам как скорость записи и считывания информации, энергопотребление и количество циклов перезаписи. Однако, в настоящее время существует только концепция SOT-MRAM, а ее реализация затруднена по следующим причинам: (1) для бинарного переключения намагниченности посредством SOT эффекта требуется высокая плотность тока и (2) необходимо прикладывать внешние магнитные поля в сочетании с многоконтактной геометрией, что в конечном итоге усложняет архитектуру создаваемого устройства. Поэтому для преодоления этих препятствий на пути к SOT-MRAM требуется разработка новых подходов, физических принципов и материалов. Совместная работа Российско-Китайской команды нацелена на снижение критической плотности тока и на избавление от внешнего магнитного поля при переключении намагниченности в ячейке памяти посредством SOT эффекта через создание новых наноматериалов и развитие физики наблюдаемых явлений и процессов. Для устранения первой причины, необходимо увеличить эффективность SOT эффекта за счет оптимизации структуры подслоя "тяжелого" металла, разработки механизмов управления спиновой диффузией, асимметрией спин-орбитальной связи и интерфейсным взаимодействием Дзялошинского-Мория через модификацию границ раздела. С целью повышения эффективности преобразования зарядового тока в спиновый будут проведены исследования аномального и/или планарного эффекта Холла, спинового эффекта Холла и эффекта Рашбы, установлены способы увеличения SOT эффекта и уменьшения плотности тока переключения. Устранение второй причины, затрудняющей реализацию SOT-MRAM, подразумевает разработку наноматериалов с контролируемыми анизотропиями и неколлинеарным взаимодействием: синтетические антиферромагнетики (SAF) с межслоевым взаимодействием Дзялошинского-Мория (ВДМ) и синтетические ферромагнитные трехслойные структуры с Т-образной магнитной анизотропией (один слой с плоскостной анизотропией, второй слой перпендикулярно намагниченный, слои разделены немагнитной прослойкой для индуцирования связи между магнитными слоями). Согласно нашим предыдущим совместным исследованиям, бесполевое переключение намагниченности через SOT эффект может быть реализовано в синтетических наномагнетиках, включая SAF структуры, в которых зарождаются антиферромагнитно связанные скирмионы. Основываясь на результатах предварительных расчетов и микромагнитного моделирования, мы ожидаем низкую плотность тока для управления движением скирмионов в таких системах. Более того, использование новых подходов и принципов позволит избежать паразитного скирмионного эффекта Холла, отклоняющего скирмионы от прямолинейного движения. За предыдущие годы сотрудничества Российско-Китайская команда получила бесценный опыт совместной работы и научный задел в спинтронике и спин-орбитронике, особенно в области SOT эффекта и создания и изучения синтетических антиферромагнитных/ферромагнитных наноматериалов. Начиная с 2009 года объединенной командой было реализовано два совместных проекта (ФЦП-Китай 2012-2014 и РФФИ-Китай 2018-2020). Исследовательское оборудование и программное обеспечение, используемое для успешной реализации данного двухстороннего проекта и включающее комплексы напылительного, ростового и литографического оборудования, установки для измерения структурных, магнитных и транспортных свойств, вычислительные кластеры для микромагнитного моделирования и расчетов из первых принципов, будет доступно обеим сторонам в ходе визитов в партнерские лаборатории для проведения совместных работ. Основываясь на многолетней истории продуктивного сотрудничества групп из Института Физики Китайской Академии Наук и Дальневосточного федерального университета, мы не сомневаемся в успешной реализации поставленных задач по разработке новых материалов и устройств, работа которых будет основана на новых физических принципах, для преодоления барьеров на пути к имплементации не только энергонезависимой и энергоэффективной памяти SOT-MRAM, но и других элементов спиновой электроники.

---

 

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

---