main concepts scientists sections
ПростоПопулярноПодробно

Магнит, который переключается током: шаг к энергоэффективным чипам ✛ ✎

Оригинал: "Demonstration of room-temperature, magnetic-field-free, and ultralow-power spin-orbit torque logic device based on composition-uniform van der Waals magnet Fe3GaTe2"
· Zhengxiao Li, Qianbiao Liu, Wenliang Zhu, Lijun Zhu
arXiv:2609.04600v1 · 2026-09-04 · arXiv non-exclusive · собственный разбор · 2 мин
Материаловедение
Учёные создали крошечный магнитный переключатель, который работает при комнатной температуре и тратит очень мало энергии.

Магнитный бит, который переключается от лёгкого дуновения тока, а не от сильного магнита. Так работает новое устройство: тонкий слой магнитного материала Fe3GaTe2 лежит на платиновой плёнке. Когда через платину пропускают короткий электрический импульс, магнитный слой меняет своё направление намагниченности. Это как если бы лёгкий ветерок переворачивал страницу книги, хотя обычно для этого нужна рука.

Раньше для таких переключателей использовали металлические сплавы, которые трудно делать тонкими и совмещать с кремниевыми чипами. Новый материал Fe3GaTe2 относится к ван-дер-ваальсовым магнетикам. Это слоистые кристаллы, похожие на графит в карандаше: их можно расщеплять на очень тонкие пластинки. Учёные взяли слой толщиной 37 нанометров, что в тысячи раз тоньше человеческого волоса, и нанесли на него платину толщиной 4 нанометра. Затем вытравили специальный узор в виде креста, чтобы электрическое поле искривлялось.

Почему переключение работает без внешнего магнита? Когда ток течёт по платине, электроны со спином вверх и вниз отклоняются в разные стороны. Это создаёт поток спинов, который давит на магнитный слой. В обычной прямой плёнке это давление направлено вдоль поверхности и не может перевернуть намагниченность, которая смотрит поперёк. Но из-за асимметричной формы креста поле искривляется, и давление приобретает нужное направление. Так маленький ток переворачивает магнитный бит.

Измерения показали, что устройство стабильно хранит состояние при комнатной температуре, а энергия записи одного бита составляет всего 1,5 фДж. Это примерно энергия одного фотона видимого света. Для сравнения, у современных устройств на основе вольфрама и кобальт-железо-бора этот показатель в 40 раз выше. Такая экономия энергии может привести к созданию чипов, которые меньше греются и дольше работают от батареи, что особенно важно для телефонов, датчиков и систем искусственного интеллекта.

Энергия 1,5 фДж сравнима с энергией одного фотона видимого света, но при этом достаточна для переключения магнитного бита.

I_c = I_{c0}\left(1-\frac{1}{\Delta}\ln\frac{\tau}{\tau_0}\right)
Зависимость тока переключения от длительности импульса, где Ic0 — внутренний критический ток, Δ — фактор термической стабильности, τ0 — время попытки (~1 нс).
P = \frac{(I_c/w_0)^2 L w \tau}{\sigma_{xx} d}
Оценка энергии записи для промышленных размеров канала, где Ic — ток переключения, w0 и d — исходные ширина и толщина устройства, L и w — длина и ширина канала, σxx — проводимость канала.
Понятия
криостат