Die Zeiten, in denen alle unsere Daten auf eine Zwei-Megabyte-Diskette passten, sind längst vorbei. In der heutigen informationsbasierten Gesellschaft erfordert die zunehmende Menge an zu verarbeitenden Informationen, dass wir auf Speicheroptionen mit möglichst geringem Stromverbrauch und höchster Kapazität umsteigen.
Magnetoresistiver Direktzugriffsspeicher (MRAM) ist Teil der nächsten Generation von Speichergeräten, die diese Anforderungen erfüllen sollen. Forscher am Advanced Institute for Materials Research (WPI-AIMR) untersuchten einen dünnen Film aus einer Kobalt-Mangan-Eisen-Legierung, der eine hohe senkrechte magnetische Anisotropie (PMA) aufweist – Schlüsselaspekte für die Herstellung von MRAM-Geräten mithilfe der Spintronik.
Die Ergebnisse waren veröffentlicht In Wissenschaft und Technologie fortschrittlicher Materialien am 13. November 2024.
„Dies ist das erste Mal, dass eine Kobalt-Mangan-Eisen-Legierung ein starkes PMA aufweist“, sagt Professor Shigemi Mizukami (Universität Tohoku).
„Wir haben zuvor entdeckt, dass diese Legierung einen hohen Tunnelmagnetowiderstandseffekt (TMR) aufweist, aber es kommt selten vor, dass eine Legierung möglicherweise beides zusammen zeigt.“ Beispielsweise besitzen Eisen-Kobalt-Bor-Legierungen, die herkömmlicherweise für MRAM verwendet werden, beide Eigenschaften, ihr PMA ist jedoch nicht stark genug.
MRAM-Geräte verwenden magnetische Speicherelemente anstelle einer elektrischen Ladung zum Speichern von Daten, was mehrere Vorteile mit sich bringt, wie z. B. einen geringeren Stromverbrauch. Idealerweise weisen Legierungen für MRAM-Geräte sowohl einen hohen TMR als auch einen hohen PMA auf, wodurch sie eine große Anzahl von Bits mit hoher Kapazität und hoher thermischer Stabilität integrieren können.
Um neue, alternative Materialien zur Lösung der Probleme derzeit verwendeter Legierungen zu finden, haben Forscher der Universität Tohoku die PMA von dünnen Filmen aus Kobalt-Mangan-Eisen-Legierungen untersucht, die in ihrer früheren Forschung gezeigt haben, dass sie eine hohe TMR aufweisen.
Bemerkenswerterweise wurde festgestellt, dass die von ihnen hergestellte Legierung einen hohen PMA aufwies. Mithilfe einer Simulation zeigten sie auch, dass der PMA in ihren Mehrschichtfilmen groß genug war, um seinen beabsichtigten Endzweck zu erfüllen: große Speicherkapazität für MRAM-Geräte.
Die Ergebnisse dieser Forschung werden einen neuen Kandidaten für Speichermaterialien bieten und zur kontinuierlichen Entwicklung neuartiger Spintronik-Speichergeräte beitragen, mit dem Ziel, eine nachhaltigere Gesellschaft für alle zu schaffen.
Weitere Informationen:
Deepak Kumar et al., Metastabile kubisch-raumzentrierte CoMnFe-Legierungsfilme mit senkrechter magnetischer Anisotropie für spintronische Speicher, Wissenschaft und Technologie fortschrittlicher Materialien (2024). DOI: 10.1080/14686996.2024.2421746