磁性随机存取存储器(MRAM)是在纳米磁体内存储数字数据的数据存储设备，并以二进制代码(即“0”或“1”)表示。这些存储设备内部纳米磁体的磁化可以向上或向下。
在过去的十年中，电子工程师引入了可以使用面内电流切换该方向的技术。这些技术最终促成了新型MRAM器件的诞生，称为自旋轨道扭矩(SOT)-MRAM。
虽然用于切换SOT-MRAM中纳米磁体磁化方向的现有技术已被证明是有效的，但许多技术只有在外部磁场与电流方向一致的情况下才有效。在《自然电子》杂志最近发表的一篇论文中，新加坡国立大学的研究人员演示了垂直磁各向异性(PMA)铁磁体钴铁硼(CoFeB)在环境条件下的无场切换。
该论文的作者之一HyunsooYang告诉TechXplore：“通过电流实现磁化切换的技术的出现导致了自旋转移矩MRAM的商业化。”“SOT-MRAM现在被誉为该领域的下一代技术。具体来说，使用SOT来切换具有垂直磁各向异性(PMA)的材料的磁化强度有望创建高效的非易失性存储设备。”
最近的许多研究试图克服传统SOT磁化切换方法的局限性。许多提出的解决方案都需要复杂的制造工艺或在MRAM器件的结构中加入额外的磁性层，这两者都会降低器件的存储密度和使用寿命。
“另一种方法是采用平面外自旋，这可能会促进PMA切换，而无需外部磁场，”Yang说。“虽然Weyl半金属WTe2已用于低温下的无场开关，但MRAM的实际应用是在室温下进行的。同时，WTe2由于其高电阻率而受到高功耗的困扰。因此，迫切需要解决这一问题。”需要一种更节能的解决方案，以实现室温下的无现场PMA切换。”
先前针对MRAM器件的研究证明了利用面外自旋实现PMA切换的潜力。他们特别表明，面外自旋可以抵消磁阻尼，即使在没有施加磁场的情况下也能实现PMA切换。
杨解释说：“这一结果伴随着功耗的降低，这一断言得到了我们的理论计算的支持。”“这些面外自旋可以在缺乏横向反转对称性的材料中产生，如上图a所示，这表明它们出现的必要条件与材料的结构特性有关。”
受到该领域先前工作的启发，Yang和他的同事开始利用面外自旋来实现商用PMA铁磁体在室温下的无磁场切换。他们最终成功地利用源自外尔半金属钽铱碲化物(TaIrTe4)的面外自旋。
杨说：“我们的成就通过双线性磁电阻和自旋扭矩铁磁共振测量得到证实，验证了面外极化自旋的存在。”“面外自旋倾斜角的评估近似为8°–20°。值得注意的是，TaIrTe4的自旋霍尔电导率估计为5.44×104(ћ/2e)(Ωm)-1，与WTe2相比，大幅增加了近一个数量级。”
Yang和他的同事最近收集的研究结果强调了TaIrTe4作为自旋电流源以实现无场SOT诱导PMA切换的潜力。未来，他们的工作可能会激励其他研究团队尝试这种材料，从而为SOT-MRAM的开发开辟有趣的新途径。
“在这项工作中，我们最初通过机械剥离从单晶上获得了TaIrTe4薄片，”Yang补充道。“尽管如此，出于工业目的，必须通过与大规模生产兼容的技术来生产大量薄膜。这些薄膜必须同时表现出产生面外自旋所需的晶体不对称性。”