Suatu hari dimulai dengan secangkir kopi dan koran pagi. Hari-hari ini, kecintaan terhadap kopi di pagi hari tidak kehilangan relevansinya, tetapi outlet berita kertas telah digantikan oleh smartphone, tablet, dan gadget lain yang terhubung ke Internet. Dan tidak ada yang salah dengan itu, karena World Wide Web memungkinkan kita untuk menerima informasi dan berkomunikasi dengan orang-orang dari berbagai belahan dunia. Jumlah data yang dihasilkan di dunia terus meningkat setiap hari. Setiap artikel, foto, dan bahkan tweet dua kata adalah bagian dari bidang informasi Bumi yang luas dan terus berkembang. Tetapi data ini tidak halus, mereka tidak mengambang di awan, tetapi disimpan di suatu tempat. Baik gadget maupun institusi khusus kami - pusat data berfungsi sebagai tempat penyimpanan data. Bangunan yang dipenuhi kapasitas dengan server diperkirakan akan menghabiskan banyak energi. Secara logisbahwa ketika volume data global meningkat, demikian juga jumlah energi yang dikonsumsi. Hari ini kita melihat studi di mana para ilmuwan dari University of Mainz (Jerman) telah mengembangkan teknik baru untuk menulis data ke server, yang, secara teori, dapat mengurangi konsumsi daya menjadi setengahnya. Apa proses fisik dan kimia yang terlibat dalam pengembangan, apa yang telah ditunjukkan percobaan, dan apakah potensi dari pekerjaan ini sebesar yang dikatakan oleh penulisnya? Kami belajar tentang ini dari laporan para ilmuwan. Pergilah.Apa proses fisik dan kimia yang terlibat dalam pengembangan, apa yang telah ditunjukkan percobaan, dan apakah potensi dari pekerjaan ini sebesar yang dikatakan oleh penulisnya? Kami belajar tentang ini dari laporan para ilmuwan. Pergilah.Apa proses fisik dan kimia yang terlibat dalam pengembangan, apa yang telah ditunjukkan percobaan, dan apakah potensi dari pekerjaan ini sebesar yang dikatakan oleh penulisnya? Kami belajar tentang ini dari laporan para ilmuwan. Pergilah.
Dasar penelitian
Akar semua penelitian adalah spintronics, ilmu yang mempelajari transportasi saat ini. Spin, pada gilirannya, adalah momentum sudut yang tepat dari partikel elementer. Dalam beberapa tahun terakhir, minat terhadap spintronics telah meningkat pesat, yang memungkinkan untuk menemukan banyak hal baru, termasuk perpindahan arus menggunakan momen spin-orbit (SOT dari torsi putaran-orbit ) dalam memori akses magnetoresistif acak (MRAM).
Pintu putar adalah salah satu komponen terpenting MRAM. Perangkat ini terdiri dari dua atau lebih bahan magnetik konduktif, yang hambatan listriknya dapat bervariasi antara dua nilai tergantung pada penyelarasan relatif dari magnetisasi pada lapisan.
Pergantian yang diinduksi SOT terjadi pada lapisan logam ferromagnet-heavy metal (FM-HM), di mana terdapat redaman (penindasan osilasi) yang signifikan karena aliran arus listrik sepanjang arah x . SOT muncul dari efek spin Hall di sebagian besar bahan HM dan dari efek galvanik spin terbalik pada antarmuka FM-HM.
Penelitian sebelumnya telah menunjukkan bahwa nilai SOT teredam dapat cukup besar untuk beralih arah magnetisasi dengan kepadatan rendah saat ini (hingga 10 7 -10 8 A / cm -2 ).
Parameter sampel (misalnya komposisi dan ketebalan lapisan heterostruktur FM-HM) dapat disesuaikan untuk menentukan besarnya dan tanda SOT. Tetapi, seperti yang dikatakan para ilmuwan, jauh lebih penting untuk mendapatkan kontrol dinamis secara real time atas SOT itu sendiri.
Salah satu alat hemat energi untuk mendapatkan kontrol ini adalah tekanan mekanis yang disebabkan oleh medan listrik. Para ilmuwan ingat bahwa dengan menghindari perlunya arus listrik dan dengan demikian menghilangkan kerugian yang terkait, deformasi secara efektif menyetel sifat magnetik (seperti anisotropi magnetik) dan karenanya struktur domain magnetik dan dinamika film tipis di dalam pesawat. Selain itu, karena deformasi dapat diterapkan secara lokal, ia menyediakan platform untuk pengembangan dan implementasi konsep switching kompleks pada perangkat dengan arsitektur yang disederhanakan.
Upaya telah dilakukan untuk menyelidiki efek deformasi pada switching karena SOT, terutama efek deformasi pada anisotropi dan efek yang dihasilkan pada switching. Selain itu, penelitian sebelumnya telah berfokus secara eksklusif pada sistem dengan sumbu magnetik planar, dan tidak ada penelitian eksperimental yang dilakukan dalam bahan multilayer bermagnit tegak lurus.
Namun, menurut penulis karya ini, material multilayer yang secara magnetis tegak lurus memiliki potensi besar. Secara khusus, janji untuk menggunakan sistem dengan anisotropi magnetik tegak lurus (PMA untuk anisotropi magnetik tegak lurus ) adalah karena peningkatan stabilitas termal, kepadatan kemasan yang lebih tinggi, dan peningkatan penskalaan.
Dalam penelitian yang kami pertimbangkan saat ini, para ilmuwan telah mendemonstrasikan kontrol tegangan yang diinduksi secara elektrik (mekanis) SOT dalam magnet yang tegak lurus W = CoFeB = MgO multilayer yang tumbuh pada substrat piezoelektrik. SOT diestimasikan dengan metode kuantisasi sekunder dan dengan metode transportasi magnetik pada tegangan bidang yang berbeda sifat dan besarnya.
Hasil penelitian
Ditemukan bahwa deformasi, dimodulasi oleh medan listrik yang diterapkan pada substrat piezoelektrik, menghasilkan respons putaran yang berbeda.
Gambar # 1
Gambar 1a menunjukkan skema sensor Hall tipe silang * yang digunakan untuk mengukur bidang SOT redaman (DL) dan bidang (FL) dalam bidang W (5 nm) / CoFeB (0,6 nm) / MgO (2 nm) / Ta ( 3 nm). Multilayer ditanam pada substrat [Pb (Mg 0,33 Nb 0,66 O 3 )] 0,68 (011) (disingkat PMN-PT), yang digunakan untuk pembangkitan listrik dari tekanan mekanis. Pada 1b menunjukkan gambar perangkat yang diambil oleh mikroskop optik.
* — .Deformasi dalam bidang uniaksial diperoleh dengan menerapkan medan listrik DC keluar-bidang ke substrat PMN-PT (011) piezoelektrik.
: — ; b — ; — .
Biasanya, respons deformasi piezoelektrik terhadap medan listrik yang diterapkan adalah histeresis. Namun demikian, medan listrik yang melebihi karakteristik medan koersif * dari material tiang substrat dan menghasilkan mode di mana regangan yang dihasilkan memiliki respons linier.
Gaya paksaan * - nilai kekuatan medan magnet yang diperlukan untuk mendemagnetisasi zat sepenuhnya.Mode linier dipertahankan hingga substrat dialihkan ke arah lain dengan menerapkan medan listrik yang lebih besar dari medan koersif yang berlawanan. Oleh karena itu, sebelum pengukuran pertama, tetapi setelah proses penataan, polarisasi diterapkan pada substrat PMN-PT dengan menggunakan medan listrik +400 kV / m.
Lebih lanjut, itu adalah medan listrik arus searah yang digunakan, yang memungkinkan untuk mengubah deformasi dalam mode respons linear, karena ini memberikan kontrol listrik yang andal atas deformasi yang diinduksi.
Juga patut dicatat bahwa persimpangan Hall dibuat sehingga bahunya diorientasikan sepanjang arah [011] dan [100] dari substrat PMN-PT (011), yang masing-masing sesuai dengan arah peregangan dan kompresi.
Untuk mulai dengan, kami mencirikan histeresis magnetik sistem di medan listrik nol DC.
Gambar 1b menunjukkan garis tegangan Hall anomali dengan medan magnet luar-bidang (μ0 Hz) yang diukur untuk W = CoFeB = MgO = Ta pada 0 kV / m (garis merah), menunjukkan karakteristik pergantian sumbu mudah (sumbu mudah) dari set multilayer CoFeB tipis.
Siklus magnetisasi di luar bidang, diukur pada 400 kV / m (garis hitam), ditumpangkan di atas tegangan Hall (garis merah) dan tidak menunjukkan perubahan signifikan karena regangan yang dihasilkan. Ini menunjukkan bahwa sistem selalu memiliki anisotropi magnetik tegak lurus dominan.
Gambar No. 2
Grafik di atas menunjukkan khas di-pesawat ketergantungan dari bidang yang pertama (V 1ω ) dan kedua (V 2ω ) harmonik tegangan Hall, ketika arus bolak-balik dengan kepadatan j c = 3,8 x 10 10 A / m -2 diaplikasikan pada baris saat ini .
Tegangan DC diatur ke 0, jadi tidak ada tegangan yang diterapkan pada lintas Hall. Plot bidang longitudinal ( 2a ) dan transversal ( 2b ) menunjukkan simetri yang diharapkan: untuk bidang longitudinal, lereng V 2 V dan lereng bidang adalah sama untuk kedua arah magnetisasi sepanjang + z (+ M z ) atau -z (-M z)), sedangkan untuk bidang transversal tanda mereka menjadi berlawanan.
Berikutnya, para ilmuwan menganalisis melintang (μ 0 ΔH T ) dan longitudinal (μ 0 ΔH L ) komponen bidang SOT untuk kedua arah magnetisasi M z dan ditentukan nilai rata-rata dari komponen ini sebagai fungsi dari terapan saat ini kepadatan j c ( 2c ).
Gambar # 3
Grafik di atas menunjukkan hasil ketergantungan pada medan listrik. Ditentukan bahwa field (FL) SOT tidak berubah secara signifikan di bawah deformasi tarik dan tekan ( 3a dan 3c ). Sebaliknya, pada 3bdapat dilihat bahwa deformasi tarik menggandakan SOT redaman (DL) ketika 400 kV / m (tegangan 0,03%) diterapkan.
Di sisi lain, ketika arus mengalir sepanjang arah deformasi kompresi, nilai DL saat menurun dengan meningkatnya deformasi.
Dari sini dapat disimpulkan bahwa besarnya DL momen meningkat dengan penerapan deformasi tarik yang diinduksi secara elektrik dan berkurang dengan deformasi tekan.
Untuk memahami asal mikroskopis dari ketergantungan deformasi yang diamati secara eksperimental dari FL dan DL SOT, perhitungan fungsional dilakukan dengan menggunakan teori fungsional kerapatan struktur elektronik Fe 1 - x Co x / W (001), yang terdiri dari substrat monolayer bermagnetagnetik dan bukan magnetik yang tegak lurus.
Gambar No. 4
Seperti ditunjukkan dalam 4a , selama perhitungan, struktur kristal sengaja diperluas atau dikontrak sambil mempertahankan area konstan dalam bidang sel satuan untuk memperhitungkan efek deformasi uniaksial. Deformasi ini dapat dikuantifikasi dengan rasio δ = (a ' j - a j ) / a j , di mana j dan a' j menunjukkan konstanta kisi di sepanjang arah j dalam bidang dalam keadaan santai dan terdistorsi. Sebagai akibatnya, setiap deformasi akhir mengurangi simetri kristal awal dari C4v ke C2v .
Berdasarkan perhitungan struktur elektronik, ketergantungan SOT pada δ ( 4b), yang menunjukkan karakteristik kualitas yang sama seperti pada percobaan yang sebenarnya.
Karena FL dan DL SOT berasal dari negara elektronik yang berbeda, mereka biasanya mengikuti ketergantungan yang berbeda pada fitur struktural. Ditemukan bahwa nilai DL momen meningkat secara linier sehubungan dengan deformasi tarik dan menurun secara linear sehubungan dengan deformasi tekan. Sebagai contoh, perluasan kisi sebesar 1% sepanjang arah medan listrik secara signifikan meningkatkan konduktivitas momen DL (sekitar 35%).
Untuk menilai pengamatan ini dengan lebih akurat, dilakukan perbandingan ( 4c) distribusi dalam ruang kontribusi mikroskopis ke DL SOT untuk film yang santai dan cacat. Berbeda dengan negara-negara yang diduduki di sekitar titik M, yang hampir tidak penting, keadaan elektronik di dekat titik simetri tinggi Γ, X dan Y merupakan sumber utama konduktivitas DL. Secara khusus, deformasi tarik mempromosikan kontribusi negatif yang kuat di sekitar X dan Y, menghasilkan peningkatan konduktivitas secara keseluruhan.
Untuk menghubungkan data yang diperoleh dengan struktur elektronik yang tersedia, para ilmuwan menarik perhatian pada polarisasi orbital dari keadaan dalam lapisan magnetik, di mana elektron d adalah gaya dominan.
Sementara d xy , d x 2 - y 2 dan d z 2tidak tergantung pada tanda deformasi yang diterapkan δ, keadaan d yz dan d zx berubah dengan jelas sehubungan dengan deformasi tarik atau tekan. Khususnya, orbital ini juga memediasi hibridisasi dengan substrat logam berat. Dari sini bahwa ketergantungan mereka pada fitur struktural memberikan pemahaman tambahan SOT dalam film tipis yang diteliti.
Sebagai contoh, para ilmuwan mengusulkan untuk mempertimbangkan perubahan deformasi dalam kepadatan keadaan d yz di lapisan magnetik dibandingkan dengan kasus dengan empat kali lipat simetri rotasi ( 4d ).
Sementara kerapatan keadaan ↓ * pada tingkat Fermi praktis tidak tergantung pada deformasi tarik, keadaan ↑ jelas didistribusikan ulang. Seperti yang ditunjukkan oleh polarisasi orbital pada 4e , efek ini disebabkan oleh perubahan controlled yang terkontrol dalam polarisasi d yz di sekitar titik X, yang berkorelasi dengan perubahan konduktivitas DL ( 4C ).
Putar saluran * - salah satu arah orientasi putaran (atas atau bawah).Menggunakan data yang diperoleh dari perhitungan struktur elektronik, para ilmuwan menemukan bahwa sifat yang berbeda dari fitur yang diamati secara eksperimental dari momen FL dan DL berasal dari perubahan unik dalam polarisasi orbital keadaan elektronik karena distorsi kisi.
Subskrip s = ↑, ↓ menunjukkan status spin elektron dalam feromagnet: ↑ adalah subband putaran dari sebagian besar elektron, ↓ adalah subband putaran dari sebagian kecil elektron. Selain itu, subskrip s = ↑, ↓ menunjukkan keadaan spin elektron dalam saluran konduksi putaran.
Untuk seorang kenalan yang lebih mendetail dengan nuansa penelitian ini, saya sarankan Anda melihat laporan para ilmuwan .
Epilog
Menurut penulis karya tersebut, selain mengungkap peran kunci negara hibridisasi di antarmuka FM-HM, hasil studi menawarkan skema yang jelas untuk fenomena spin-orbit buatan manusia. Menggunakan interaksi kompleks dari magnet spin dan orbital, kopling orbit-spin dan simetri, dimungkinkan untuk mengadaptasi nilai SOT dalam perangkat multilayer, menciptakan polarisasi orbital dari keadaan di dekat energi Fermi sehubungan dengan tekanan.
Perlu juga dicatat bahwa studi ini memperluas kemungkinan rekayasa di bidang perancangan perangkat dengan penyetelan SOT dinamis dalam sistem multilayer bermagnit tegak lurus menggunakan tegangan yang dikendalikan secara elektrik (mekanik).
Pernyataan keras ini disebabkan oleh fakta bahwa deformasi dapat dihasilkan secara lokal dan ditumpangkan pada bagian tertentu dari daerah switching. Oleh karena itu, dimungkinkan untuk mengatur kerapatan arus sehingga putaran DL dapat secara bersamaan mengontrol arah magnetisasi di daerah dengan tegangan, tetapi tidak mempengaruhi daerah tanpa tegangan. Area yang dipilih kemudian dapat dimodifikasi sesuai permintaan dengan menggunakan konfigurasi medan listrik yang berbeda, memberikan tingkat kontrol tambahan.
Semua ini berarti bahwa dengan bantuan sirkuit deformasi spesifik dari daerah switching dengan menggunakan medan listrik, sel memori multi-level hemat energi dapat dibuat.
Penerapan deformasi pada struktur yang diselidiki W = CoFeB = MgO selama percobaan menyebabkan perubahan FL dan DL yang berbeda. Selain itu, seperti yang dicatat oleh para ilmuwan, putaran DL dapat digandakan jika deformasi tarik diterapkan secara paralel dengan aliran arus.
Dengan kata lain, dimungkinkan untuk mendapatkan kontrol langsung atas karakteristik dari proses switching magnetik dengan menyesuaikan medan listrik yang bekerja pada kristal piezoelektrik. Ini mengarah pada pengurangan yang signifikan dalam konsumsi energi, dan juga memungkinkan untuk membuat arsitektur kompleks untuk menyimpan informasi.
Di masa depan, para ilmuwan berencana untuk melanjutkan percobaan praktis dan perhitungan terkait untuk mencari tahu di mana dan bagaimana mungkin untuk meningkatkan proses yang kompleks ini. Namun, di samping kerumitan menciptakan sistem seperti itu, potensi mereka sangat tinggi, karena mengurangi konsumsi energi tidak hanya mengarah pada penghematan bagi penyedia dan konsumen layanan penyimpanan informasi, tetapi juga secara signifikan mengurangi tekanan yang sudah kuat dari umat manusia terhadap lingkungan.
Terima kasih atas perhatian Anda, tetap ingin tahu dan selamat bekerja, kawan. :)
Sedikit iklan
Terima kasih untuk tetap bersama kami. Apakah Anda suka artikel kami? Ingin melihat konten yang lebih menarik? Dukung kami dengan melakukan pemesanan atau merekomendasikan kepada teman-teman, cloud VPS untuk pengembang mulai $ 4,99 , analog unik dari server entry-level yang kami buat untuk Anda: Seluruh Kebenaran Tentang VPS (KVM) E5-2697 v3 (6 Cores) 10GB DDR4 480GB SSD 1Gbps mulai dari $ 19 atau cara membagi server dengan benar? (opsi tersedia dengan RAID1 dan RAID10, hingga 24 core dan hingga 40GB DDR4).
Dell R730xd 2x lebih murah di pusat data Equinix Tier IV di Amsterdam? Hanya kami yang memiliki 2 x Intel TetraDeca-Core Xeon 2x E5-2697v3 2.6GHz 14C 64GB DDR4 4x960GB SSD 1Gbps 100 TV dari $ 199 di Belanda!Dell R420 - 2x E5-2430 2.2Ghz 6C 128GB DDR3 2x960GB SSD 1Gbps 100TB - mulai dari $ 99! Baca tentang Cara Membangun Infrastruktur Bldg. kelas dengan penggunaan server Dell R730xd E5-2650 v4 seharga € 9000 untuk satu sen?