l’essor des nanopoints multiferroïques de faible consommation

Les chercheurs de l’Institut de technologie de Tokyo ont développé des nanodots BFCO pour une technologie de mémoire efficace et non destructive, promettant des progrès dans les dispositifs de mémoire magnétique de faible consommation.

Les dispositifs de mémoire traditionnels sont volatils et les dispositifs non volatils actuels reposent sur des matériaux ferromagnétiques ou ferroélectriques pour le stockage des données. Dans les dispositifs ferromagnétiques, les données sont écrites ou stockées en alignant les moments magnétiques, tandis que dans les dispositifs ferroélectriques, le stockage des données repose sur l’alignement des dipôles électriques. Cependant, la génération et la manipulation de champs magnétiques consomment beaucoup d’énergie et, dans les dispositifs de mémoire ferroélectriques, la lecture des données détruit l’état polarisé, ce qui nécessite la réécriture de la cellule mémoire.

Avancées dans les matériaux multiferroïques

Les matériaux multiferroïques, qui contiennent à la fois des ordres ferroélectriques et ferromagnétiques, offrent une solution prometteuse pour une technologie de mémoire plus efficace et plus polyvalente. BiFeO substitué au cobalt₃ (BiFe_0,9Co_0,1Ô₃, BFCO) est un matériau multiferroïque qui présente un fort couplage magnétoélectrique, ce qui signifie que les changements de polarisation électrique affectent la magnétisation. En conséquence, les données peuvent être écrites à l’aide de champs électriques, ce qui est plus économe en énergie que la génération de champs magnétiques, et lues à l’aide de champs magnétiques, ce qui évite le processus de lecture destructeur.

Dans le cadre d’une étape importante pour les dispositifs de mémoire multiferroïque, une équipe de chercheurs dirigée par le professeur Masaki Azuma et le professeur adjoint Kei Shigematsu de l’Institut de technologie de Tokyo au Japon a développé avec succès des nanopoints dotés de domaines ferroélectriques et ferromagnétiques uniques.

Efforts de recherche collaborative

« Au « Sumitomo Chemical Next-Generation Eco-Friendly Devices Collaborative Research Cluster » au sein de l’Institut de recherche innovante de l’Institut de technologie de Tokyo, l’accent est mis sur les matériaux multiferroïques qui présentent des réponses de corrélation croisée entre les propriétés magnétiques et électriques basées sur les principes de systèmes électroniques fortement corrélés. Le centre vise à développer des matériaux et des processus pour les dispositifs de mémoire magnétique non volatile de faible consommation de nouvelle génération, ainsi qu’à mener des évaluations de fiabilité et une mise en œuvre sociale », explique Azuma.

Méthodologie et résultats

Dans leur étude publiée dans la revue Matériaux et interfaces appliqués ACS le 9 avril 2024, des chercheurs ont utilisé le dépôt laser pulsé pour déposer du BFCO multiferroïque sur un Nb conducteur : SrTiO₃ (001) substrat. Ils ont contrôlé le processus de dépôt en utilisant des masques en oxyde d’aluminium anodisé (AAO) avec des tailles de pores réglables, ce qui a donné lieu à des nanopoints d’un diamètre de 60 nm et 190 nm.

BFCO est une option prometteuse pour les dispositifs de mémoire magnétique non volatile de faible puissance, car sa direction de magnétisation peut être inversée avec un champ électrique. En observant les directions de polarisation et de magnétisation en utilisant respectivement la microscopie à force de réponse piézoélectrique et la microscopie à force magnétique, les chercheurs ont découvert que les nanopoints présentent des structures de domaines ferroélectriques et ferromagnétiques corrélées.

Observations sur les structures de domaine

Fait intéressant, en comparant des nanodots de différentes tailles, ils ont remarqué des différences significatives. Le plus petit nanodot de 60 nm, fabriqué à partir d’un matériau oxalique acide Le masque AAO montrait des domaines ferroélectriques et ferromagnétiques uniques, où les directions de polarisation et de magnétisation sont uniformes partout. Cependant, le plus grand nanodot de 190 nm, formé à l’aide d’un masque AAO à l’acide malonique, présentait des structures ferroélectriques et magnétiques vortex multi-domaines indiquant un fort couplage magnétoélectrique.

« Une telle structure à domaine unique de ferroélectricité et de ferromagnétisme constituerait une plate-forme idéale pour étudier le BFCO en tant que dispositif de mémoire à lecture magnétique écrivant un champ électrique, et les structures multidomaines offrent un terrain de jeu pour la recherche fondamentale », remarque Shigematsu.

Les dispositifs de mémoire magnétique non volatile sont cruciaux pour diverses applications électroniques car ils conservent les informations stockées même lorsque l’alimentation est coupée. Grâce à leur composition unique de domaines ferromagnétiques et ferroélectriques uniques, les nanopoints BFCO de 60 nm présentent un grand potentiel pour créer des dispositifs de mémoire magnétique nécessitant une énergie électrique minimale pour les opérations d’écriture et de lecture.