Bir araştırma ekibi, daha hızlı, daha akıllı ve daha enerji verimli elektronik cihazlar oluşturmak için elektronların yalnızca yükünü değil aynı zamanda dönüşünü de kullanan bir teknoloji olan spintronik alanında büyük bir adım attı. Keşifleri, yüksek hızı düşük güç tüketimiyle birleştiren yeni nesil bellek yongalarının önünü açabilir.
Spintronik hafızada bilgi, manyetik alanlar adı verilen küçük manyetik bölgeler kullanılarak depolanır. Manyetik momentleri yukarıya doğru olan bir manyetik alan “1”i, aşağıya doğru bakan biri ise “0”ı temsil eder. Veriler, bu alanların elektrik akımıyla kaydırılmasıyla okunabilir veya yazılabilir.
Etki alanı duvarları olarak bilinen aralarındaki sınırlar çok önemli bir rol oynar; çünkü etki alanlarını taşımak, bu duvarları hareket ettirmek anlamına gelir. Hızlı ve verimli etki alanı duvarı hareketinin elde edilmesi, manyetik kaydırma yazmaçları ve üç terminalli manyetik rastgele erişim bellekleri (MRAM) gibi gelişmiş belleklerin geliştirilmesi için gereklidir.
Araştırmacılar kobalt (Co), iridyum (Ir) ve platin (Pt) katmanlarından yapılmış yapay bir antiferromanyetik ince filme odaklandılar. İki Co katmanının bir Ir katmanıyla ayrıldığı ve Pt katmanları arasına sıkıştırıldığı bu dikkatle tasarlanmış yapı, iki Co katmanını zıt yönlerde hizalar; bu, antiferromanyetik bağlantı olarak bilinen bir düzenlemedir. Pt katmanları, Co katmanlarındaki manyetik momentleri iten elektron spin akışları üreten, spin Hall etkisi adı verilen bir olgu aracılığıyla malzemedeki hareketi yönlendirmeye yardımcı olur.
İlk bakışta, üst ve alt Pt katmanlarından üretilen spinlerin, zıt yönelimlere sahip olmaları nedeniyle birbirlerini iptal edecekleri düşünülebilir. Ancak ekip, bu karşıt güçlerin aslında benzersiz bir şekilde birleştiğini, alan duvarlarını durdurmak yerine hareket ettirmek için birlikte çalıştıklarını keşfetti. Bu ikili tork mekanizması, hem deneylerle hem de sayısal simülasyonlarla doğrulandı; bu, böyle bir malzemede bu tür dönme tahrikli hareketin ilk gösterimini işaret ediyordu.
Araştırmacılar bir adım daha ileri giderek Co katmanlarının kalınlığına ince bir gradyan uygulayarak yapının simetrisini bozdular. Bu, alan duvarlarını hareket ettirmeyi daha da kolaylaştıran ek bir etkili manyetik alan yarattı. Bu alan arttıkça, hareketi gerçekleştirmek için daha az akıma ihtiyaç duyuldu ve duvarlar daha hızlı hareket ederek bilginin daha verimli bir şekilde işlenmesine olanak sağladı.
Bulgular, enerji tasarruflu, yüksek hızlı spintronik hafıza cihazları için yeni olanaklar sunuyor. Bu tür alan duvarı hareketini kullanan manyetik alan duvarı belleği ve üç terminalli MRAM gibi teknolojiler, yapay zekayı ve Nesnelerin İnternetini destekleyen dijital altyapıda önemli bir rol oynayabilir.
Araştırma ekibi, “Sonuçlarımız, yapay bir antiferromıknatıstaki birleşik dönüş torklarını kullanarak alan duvarı hareketini kontrol etmenin yeni bir yolunu gösteriyor” dedi. Tohoku Üniversitesi Malzeme Araştırma Enstitüsü’nden profesör ve dergide yayınlanan makalenin ortak yazarı Takeshi Seki, “Bu keşif bizi, günümüzün elektronik cihazlarından daha hızlı olan ve çok daha az enerji tüketen yeni nesil spintronik cihazlar yaratmaya daha da yaklaştırabilir” dedi. İleri Bilim 17 Ekim 2025’te.
Spintronik geleneksel olarak ferromanyetik malzemelere dayanırken, antiferromanyetik spintronik artık daha fazla minyatürleştirme ve daha yüksek çalışma hızları potansiyeli sunan umut verici bir öncü olarak ortaya çıkıyor. Ekibin yapay bir antiferromanyetik yapıda akım kaynaklı alan duvar hareketini göstermesi, bu hedefe doğru önemli bir kilometre taşına işaret ediyor.
İleriye dönük olarak, bu hareketi kontrol eden etkili manyetik alanlara ince ayar yapmayı, daha yüksek performansın kilidini açmayı ve spintronik teknolojisini yeni bir çağa taşımayı hedefliyorlar.
