כתיבת זכרון באמצעות זרמי ספין

כתיבת זכרון באמצעות זרמי ספין - קבוצת המחקר של פרופ' ליאור קליין

ספינטרוניקה הוא תחום מחקר תוסס הבוחן דרכים לפתח התקנים אלקטרוניים חדישים אשר משתמשים לא רק במטען של האלקטרון כי אם גם בכך שכל אלקטרון הינו גם מגנט זעיר המכונה ספין. אחת התרומות החשובות של הספינטרוניקה הינה פיתוח של זכרון מגנטי עם גישה אקראית(MRAM)    שהינו לא נדיף ומהיר הנשמר לאורך זמן ואשר ניתן לכתוב אותו שוב ושוב פעמים רבות. יחידת הזכרון הבסיסי של זכרון זה הינה צומת מינהור מגנטי המורכב משתי שכבות מגנטיות המופרדות על ידי שכבה מבודדת דקה. המגנטיזציה של שתי השכבות הינה מקבילה או אנטי-מקבילה ושתי הקונפיגורציות המגנטיות האלה מיצגות שני מצבי זכרון.

 דרישה חשובה של זכרון זה, הינה קיום שיטה יעילה לכתיבה של הקונפיגורציה המגנטית גם כאשר התקנים אלה עוברים מזעור לסקאלות תת-מיקרוניות. התקני זכרון מוקדמים השתמשו לצורך כתיבת הזכרון בשדות מגנטיים הנוצרים מסביב לתיל נושא זרם. אולם שיטה זו נזנחה כיון שמזעור הזכרון לא אפשר הקטנה מקבילה של עוצמת הזרם שנדרשה לייצור השדות המגנטיים, דבר שיצר חימום יתר מתחת לסף מזעור מסויים. השיטה שאומצה במקומה הייתה הזרקת זרם של אלקטרונים אשר הספין הממוצע שלהם אינו אפס. שיטה זו מאפשרת את הקטנת עוצמת הזרם עם הקטנת רכיב הזכרון, אולם התברר שהזרקת הזרם גם פוגעת בצומת המנהור עצמו. לפיכך, יש עניין רב במעבר משימוש בזרמי מטען חשמלי לזרמי ספין שמיוצרים בהתקנים המורכבים משכבות של מתכת כבדה עם שכבות מגנטיות.

 כעת, הקבוצה של פרופ' ליאור קליין מהמחלקה לפיזיקה והמרכז לננו-טכנולוגיה באוניברסיטת בר-אילן הדגימה כי זרמי ספין כאלה יכולים לכתוב בצורה יעילה גם מבנים מגנטיים מורכבים עם מספר רב של מצבים מגנטיים יציבים. בכך נסללת הדרך ליצירת זכרון מגנטי בעל גישה אקראית מסוג חדש שבו כל יחידת זכרון תהיה בעלת יותר משני מצבים, דבר שיאפשר הן גידול משמעותי בצפיפות הזכרון המגנטי והן פיתוח התקנים ספינטרוניים מסוג חדש.  המחקר נעשה במסגרת עבודת הפוסטדוקטורט של ד"ר שובהנקר דאס בהנחיית פרופ' קליין והוא פורסם לאחרונה בגו'רנל של נייצ'ר סיינטיפיק ריפורטס.

לקריאת המאמר המלא שהתפרסם ב-Scientific Reports