Takanashi Hiroki 교수 그룹 및 Tohoku University의 금속 및 재료 연구소의 Seki Gosai 조교수는 Keio University, 과학 기술 학부 및 Advanced Industrial Science and Technology의 Nozaki Yukio 부교수입니다Nanospintronics Research Center연구 팀장 Imamura Yuji와 협력하여,나노 미터 두께에서 두 개의 다른 특성을 갖는 자석을 자석에 넣는 자석라이브 바카라 모멘트파도 (스핀 웨이브) 그리고 스핀 파를 성공적으로 사용하여 자화를 전환하여 기존의 1/10의 작은 라이브 바카라장으로 자화를 전환했습니다나는 그것을했다
하드 디스크 드라이브 (HDD)와 같은 라이브 바카라 저장 장치 및 라이브 바카라 랜덤 액세스 메모리, 자석 방향에 "1"및 "0"의 정보를 저장합니다 자석의 방향은 정보를 쓰기 위해 전환해야하며 외부 라이브 바카라장이 일반적으로 사용됩니다 그러나, 라이브 바카라 저장 장치가 점점 더 많이 기록 된 밀도가되면서, 스위칭을위한 라이브 바카라장 (라이브 바카라장 스위칭)은 빠르게 증가했으며 작동 전력 감소 측면에서 심각한 문제가되었습니다
연구 그룹은나노 미터 영역에서 상이한 스위치 라이브 바카라장, 철 백금 (FEPT) 합금 및 Permalloy (NIFE) 합금으로 2 개의 자석을 쌓아 박막을 제조 하였다Fept 합금은 큰 스위칭 라이브 바카라장 (단단한 라이브 바카라 재료)을 갖는 자석이며, Permalloy 합금은 작은 스위칭 라이브 바카라장 (소프트 라이브 바카라 재료)을 갖는 자석입니다 이 자석 내에서 라이브 바카라 모멘트 (작은 자석에 해당)의 움직임을 조사했을 때라이브 바카라 모멘트의 회전(압력) 이동로 파도처럼 전파되는 스핀 파가 있음이 밝혀졌습니다 또한, 우리는 Permalloy 합금의 스핀 파가 외부에서 생성 될 때, 스핀 파가 FEPT 합금으로 전파되어 FEPT 합금의 스위칭 라이브 바카라장을 1/10으로 감소 시킨다는 것을 발견했다
올해의 결과는 매우 높은 기록 밀도와 HDD의 저전력 소비를 동시에 달성하기위한 극적인 기술 혁신입니다 또한 최근에 관심을 끌고 있습니다spintronics element를 적용 할 수도 있습니다 전력 소비를 줄이기 위해 널리 사용될 것으로 예상됩니다
이 연구의 일부는 Scientific Research and Young Research (B) (주제 번호 : 23760659)와 교육, 문화, 스포츠, 과학 및 기술의 연구 및 개발을위한 부부의 보조금으로 수행되었습니다 이 연구 결과는 4 월 16 일 (일본 시간)에 영국 과학 저널 "Nature Communications"
전자 정보 장치의 기초를 형성하는 메모리 요소의 전력 소비를 촉진하는 것은 고급 정보 사회에 필수적인 전자 정보 장치에서 풍부하고 지속 가능한 사회를 실현하는 가장 중요한 문제 중 하나입니다 또한 전력 소비를 줄이는 동안 전자 장치, 소형화, 대용량 및 속도 업을 줄이고 자석 (라이브 바카라 몸체)을 사용한 고성능 라이브 바카라 저장 장치의 개발이 강조되고 있습니다 라이브 바카라 재료를 사용하는 것의 가장 큰 장점은 정보의 비 휘발성 특성입니다 HDD 및 라이브 바카라 랜덤 액세스 메모리 (MagneticrandomaccessMEmory; MRAM) 또는 스핀 랜덤 액세스 메모리 (스핀-ram)와 같은 Spintronic 요소는 자석의 방향 (자화 방향)에 따라 정보를 기록하므로 전원이 꺼지더라도 정보가 사라지지 않습니다 이는 정보를 유지하기 위해 전력이 필요한 반도체 기반 스토리지 장치에 비해 대기 중에 전력 소비를 크게 줄일 수 있다는 이점이 있습니다 반면에 라이브 바카라 저장 장치는 다음과 같습니다녹음 비트크다
예를 들어, 현재 HDDS에서는 기록 비트를 구성하고 자화 방향을 전환하는 자석에 라이브 바카라장을 적용하여 정보가 작성됩니다 도 1에 도시 된 바와 같이, HDD의 기록 비트의 밀도를 높이기 위해, 정보를 기록하는 각 자석은 나노 미터 영역으로 축소되어야한다 그러나, 나노 미터 크기의 자석으로, 자화는 열 에너지로 인해 변동하여 기록 된 정보를 유지하기가 어렵다 이것자화의 열 변동 문제를 피하려면 열 에너지를 극복하고 한 방향으로 자화를 유지하는 에너지 (라이브 바카라 이방성 에너지)를 늘리는 것이 필수적입니다 기록 된 정보의 안정성 측면에서 큰 라이브 바카라 이방성 에너지를 갖는 자석이 선호되지만, 반면에, 자화를 전환하는 라이브 바카라장 (라이브 바카라장 스위칭)은 정보를 작성할 때 전력 소비가 증가합니다
따라서, 라이브 바카라 저장 장치의 고용량, 고밀도 및 저전력 소비를 동시에 달성하기 위해서는 "정보를 작성할 때만 작은 에너지 (외부 라이브 바카라장)로 자화하는 큰 라이브 바카라 이방성 에너지가있는 자석 문제를 해결해야합니다
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| 그림 1 HDD의 기록 비트의 개략도 각 자석은 기록 비트를 형성하고 정보 "1"및 "0"은 자석 방향 (라이브 바카라 플럭스 누출 방법)으로 기록됩니다 (a) ~ (b)에 표시된 것처럼 구성 자석을 더 작게함으로써 기록 밀도를 증가시킬 수 있습니다 |
연구 그룹은 서로 다른 스위치 라이브 바카라장으로 2 개의 자석 (라이브 바카라 재료)을 쌓아서 만든 박막을 만들었고, Iron Platinum (FEPT)은 나노 미터 두께에서 스위치 마그네틱 필드의 움직임을 활용하여 스위치 마그네틱 필드를 감소시키는 방법을 고안하고, 나노 미터 두께에서 IRON 백금 (FEPT)을 주문한 합금 및 Permalloy 합금 (그림에서 PY라고 함) FEPT 차수 합금은 희토류 영구 자석 재료와 비교할 수있는 큰 라이브 바카라 이방성 에너지를 갖는 합금이며, 큰 스위치 라이브 바카라장을 나타내는 단단한 라이브 바카라 재료입니다 현재 연구는 차세대 초고 밀도 라이브 바카라 기록 매체의 후보 자료로 수행되고 있습니다 반면, Permalloys는 작은 스위치 라이브 바카라장을 나타내는 대표적인 소프트 라이브 바카라 재료입니다
외부 라이브 바카라장 이이 두 가지 유형의 라이브 바카라 재료로 만든 박막에 적용될 때, 스위칭은 Permalloy 층에서 점차 시작하지만, 스위칭 필드는 FEPT 층에서 크기 때문에 스위칭이 발생하지 않으며, 공간적으로 꼬인 라이브 바카라 모멘트를 갖는 구조는 박막 내에 나타납니다 (그림 2) 이 상태에서, 자성 모멘트의 움직임을 조사하기 위해 고주파 라이브 바카라장이 박막에 적용되었으며, 그림 3라이브 바카라 공명의 현상 관찰되었습니다 그림의 피크는 해당 주파수에서의 라이브 바카라 모멘트의 움직임이 고주파 라이브 바카라장과 공명하고 크게 움직임을 나타냅니다 실험 결과는 컴퓨터 시뮬레이션에서 잘 재현되며, 상세한 모션 연구에 따르면 라이브 바카라 모멘트의 회전 (우선 순위) 운동이 공간적으로 이동하고 전파 된 스핀 파가 흥분됩니다 그림 4는 스핀 파의 움직임의 예를 개략적으로 보여줍니다 스핀 파는 주로 Permalloy 층 내에서 생성됩니다 박막에 고주파 라이브 바카라장을 적용함으로써,이 스핀 파는 외부로부터 Permalloy 층으로 강제되며, FEPT 층의 라이브 바카라 모멘트의 움직임은 Permalloy 층과 FEPT 층 사이의 인터페이스를 통해 영향을받을 수있다
그림 2 : fept 및 permalloy (PY)로 만든 박막 샘플에서 라이브 바카라 모멘트의 개략도 (a) 모든 라이브 바카라 모멘트는 라이브 바카라장을 적용하여 한 방향으로 정렬되며, (b) 라이브 바카라 모멘트는 라이브 바카라장을 반대 방향으로 적용하여 공간적으로 꼬인다 |
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그림 3 : 실험 및 수치 계산에서 얻은 라이브 바카라 공명의 스펙트럼 빨간색, 청색 및 녹색으로 표시된 스펙트럼의 피크는 해당 주파수의 고주파 라이브 바카라장이 적용될 때 라이브 바카라 모멘트의 움직임이 고주파 라이브 바카라장과 공명하여 운동을 증가 시킨다는 것을 의미합니다 3 개의 피크는 스핀 파 모양이 다릅니다
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| 그림 4 라이브 바카라 모멘트의 집단 운동의 예를 보여주는 도식 다이어그램 화살표는 라이브 바카라 모멘트의 방향을 나타냅니다 (A) 공간적으로 균일 한 라이브 바카라 모멘트의 세차 (b) 스핀 파라고 불리는 공간적으로 불균일 한 라이브 바카라 모멘트의 세차 스핀 파에서, 라이브 바카라 모멘트의 세차는 위상을 벗어납니다 |
그림 5는 다른 주파수를 갖는 고주파 라이브 바카라장이 적용될 때 FEPT 층의 스위칭 라이브 바카라장을 보여줍니다 10GHz의 고주파 라이브 바카라장을 적용하여 스위칭 라이브 바카라장이 상당히 감소 함을 알 수 있습니다 이 주파수는 Permalloy 층에서 여기에서 흥분된 스핀파의 주파수와 일치하고, Permalloy 층에서 스핀파의 강제 여기에 의해, Fept 층의 스위칭 라이브 바카라장이 크게 감소 될 수있다 또한, 다양한 조건 하에서 FEPT 층의 스위칭 라이브 바카라장을 평가할 때, 스핀 웨이브의 흥분에 의해 스위칭 라이브 바카라장을 대략 10 분의 1까지 감소시키는 데 성공했다 이는 정보를 작성하는 데 필요한 라이브 바카라장이 크기로 줄어들 었음을 의미합니다
이 스핀 웨이브를 사용하여 자화 스위칭과 유사한 방법,마이크로파 보조 자화 반전 (Microwave-assistedMAgnetizationrEversal; mamr)가 있습니다 MAMR에서,이 연구에서와 같은 방식으로 고주파 라이브 바카라장이 적용되지만, 차이점은 단단한 라이브 바카라 재료에서 라이브 바카라 모멘트의 "균일 한 세차"를 사용한다는 것입니다 자성 이방성 에너지가 높은 단단한 자성 재료는 실질적인 사용에 문제가 된 균일 한 세차 (수십 개 이상의 GHz 이상의 주파수 범위)를 자극하는 데 필요한 고주파수를 가지고 있습니다 반면에, 우리 가이 시간에 중점을 둔 스핀파는 소프트 라이브 바카라 재료에 흥분되기 때문에 여기에 필요한 주파수는 단단한 라이브 바카라 재료의 특성에 의존하지 않으며 여기 주파수는 몇 개의 GHz로 감소 될 수 있습니다 또한, 라이브 바카라장의 감소 속도를 MAMR과 비교할 때, 스핀 파를 사용하면 효율이 약 2 배나 향상 될 수 있음을 발견했습니다
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| 그림 5 FEPT 층에서 라이브 바카라장 스위칭의 고주파 라이브 바카라장 주파수 의존성 10GHz 근처의 고주파 라이브 바카라장의 적용은 스위칭 라이브 바카라장을 감소시킨다 이 주파수는 스핀 웨이브를 설명하는 데 필요한 주파수와 일치합니다 |
미래의 과제는 재료와 층 두께를 최적화하여 실용 장치에 필요한 박막 구조에서 스위칭 라이브 바카라장을 크게 줄이는 것입니다 우리가 시연 한 스핀 파를 사용하여 자화 스위칭은 HDD를위한 작문 기술로 적용될 수있는 방법입니다 또한,이 방법은 차세대의 라이브 바카라 기록 매체의 유망한 후보 인 패턴 화 된 매체에 효과적이며 HDD 성능 향상에 큰 기여를하는 것으로 생각된다 또한 MRAM 및스핀-ram과 같은 Spintronic 장치의 파워 절약 작성 기술로도 사용할 수 있으며 일반적으로 라이브 바카라 저장 장치에 널리 적용될 것으로 예상됩니다