Effizienter Auslesemechanismus in der antiferromagnetischen Spin-Elektronik

Schema der Austauschkopplung zwischen einer ferromagnetischen Schicht (obere Schicht) und der antiferromagnetischen Spintronik-Verbindung Mn₂Au (untere Schicht). Das antiferromagnetische Domänenmuster ist perfekt in den Ferromagneten eingeprägt.
Abb./©: Sarah Jenkins

Technologisch relevanter Auslesemechanismus für ultraschnelle und stabile magnetische Datenspeicher nachgewiesen.

In der spinbasierten Elektronik, der Spintronik, stellt die Verwendung von Antiferromagneten als aktive Elemente einen neuen Ansatz dar, der ultraschnelle und stabile magnetische Speicherelemente verspricht. Diese Materialien ohne makroskopische Magnetisierung, aber mit alternierender Ausrichtung ihrer mikroskopischen magnetischen Momente, zeichnen sich durch ihre intrinsische Dynamik im Terahertz-Bereich (THz) aus und sie sind zudem unempfindlich gegenüber Magnetfeldern.

Für einen technologisch relevanten Ausleseprozess in der Spintronik sind jedoch große Magnetowiderstandseffekte erforderlich. Das heißt eine Umorientierung der magnetischen Momente sollte mit einer Widerstandsänderungen von mehr als 20 Prozent einhergehen. Dies stellt in der antiferromagnetischen Spintronik eine große Herausforderung dar.

Verfahren nutzt die gut etablierten Auslesemethoden von Ferromagneten

Wie in der Online-Wissenschaftszeitschrift Nature Communications veröffentlicht, konnten Wissenschaftler des Instituts für Physik der Johannes Gutenberg-Universität Mainz (JGU) im Rahmen einer internationalen Kooperation nun eine starke Austauschkopplung von sehr dünnen ferromagnetischen Schichten an die prototypische antiferromagnetische Spintronik-Verbindung von Mangan und Gold mit der chemischen Formel Mn₂Au nachweisen. Dies ermöglicht, die etablierten Auslesemethoden von Ferromagneten zu nutzen und große Magnetowiderstandseffekte auch in der antiferromagnetischen Spintronik zu erzielen.

Spintronik ist ein wichtiger Forschungsschwerpunkt am Institut für Physik der JGU. Finanziell unterstützt wurde die Studie unter anderem durch den transregionalen Sonderforschungsbereich SFB/TRR 173 Spin+X der TU Kaiserslautern mit der Universität Mainz.

Bildmaterial:
https://download.uni-mainz.de/presse/08_physik_komet_spintronik_auslesen.jpg
Schema der Austauschkopplung zwischen einer ferromagnetischen Schicht (obere Schicht) und der antiferromagnetischen Spintronik-Verbindung Mn₂Au (untere Schicht). Das antiferromagnetische Domänenmuster ist perfekt in den Ferromagneten eingeprägt.
Abb./©: Sarah Jenkins

Weiterführende Links:
https://www.klaeui-lab.physik.uni-mainz.de – Kläui-Lab am Institut für Physik
https://www.sinova-group.physik.uni-mainz.de/ – Interdisciplinary Spintronics Research Group
https://trr173.spin-engineering.de/ – Sonderforschungsbereich Spin+X

Lesen Sie mehr:
https://www.uni-mainz.de/presse/aktuell/10211_DEU_HTML.php – Pressemitteilung „Isolierende Antiferromagneten zeigen Potenzial für künftige Computerbauteile“ (25.10.2019)
https://www.uni-mainz.de/presse/aktuell/9948_DEU_HTML.php – Pressemitteilung „ERC-Förderung für die Erforschung von dreidimensionalen magnetischen Nanostrukturen“ (11.10.2019)
https://www.uni-mainz.de/presse/aktuell/4356_DEU_HTML.php – Pressemitteilung „Baukasten der Magnon-Logik erweitert: Magnon-Ströme über Spin-Ventil-Struktur steuerbar“ (14.03.2018)
https://www.uni-mainz.de/presse/aktuell/3937_DEU_HTML.php – Pressemitteilung „Antiferromagneten stellen Potenzial für die spinbasierte Informationstechnologie unter Beweis“ (25.01.2018)

Wissenschaftliche Ansprechpartner:

apl. Prof. Dr. Martin Jourdan
Physik der Kondensierten Materie
Institut für Physik
Johannes Gutenberg-Universität Mainz
55099 Mainz
Tel. +49 6131 39-23635
E-Mail: jourdan@uni-mainz.de
https://www.klaeui-lab.physik.uni-mainz.de/martin-jourdan/

Originalpublikation:

S. P. Bommanaboyena et al.
Readout of an antiferromagnetic spintronics system by strong exchange coupling of Mn₂Au and Permalloy
Nature Communications, 11. November 2021
DOI: 10.1038/s41467-021-26892-7
https://www.nature.com/articles/s41467-021-26892-7

https://www.uni-mainz.de/presse/aktuell/14647_DEU_HTML.php

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