В недавней статье современного классика в области магнетизма И.Е. Дзялошинского предсказывается, что электрическое поле больше некоторого критического может в однородно намагниченной среде зародить магнитную неоднородность в виде доменной границы [1]. Такое явление, несомненно, может представлять интерес как прообраз памяти с электрической записью и магнитным считыванием. К сожалению, оценки величины порогового поля, в которых происходит такое зарождение, не приводятся, но можно подозревать, что оно должно быть значительным.

Если не зарождение, то, по крайней мере, передвижение уже существующих магнитных доменных границ под действием электрического поля было обнаружено в пленках ферритов-гранатов исследователями из Московского университета [2]: головки доменов двигались в поле, создаваемым заряженным острием (рис. 1а). На возможность такого движения в неоднородном электрическом поле также указывается в статье Дзялошинского, причем скорость доменной границы должна быть пропорциональна градиенту поля. Как показывают экспериментальные исследования, скорость, действительно, возрастает с увеличением потенциала острия (рис. 1б). Растет также и результирующее отклонение доменной границы от положения равновесия.

Рис. 1. Движение головки магнитного домена, вызванное электростатическим воздействием: а – исходная конфигурация (1 – электрод, 2 – головка магнитного домена, показаны также последовательные положения головки в различные моменты времени); б – зависимость смещения доменной границы от времени при различном потенциале на электроде

Сопоставив результаты измерений в электрическом поле с измерениями в магнитном поле, удалось определить величины, характеризующие эффект: напряжение 500 В (что соответствует напряженности на острие 1 МВ/см) производит такой же эффект, как магнитное поле 50 Э. Отсюда можно также определить константу эффекта, а по ней оценить пороговое поле, которое, согласно Дзялошинскому, может зародить магнитную неоднородность. Величина этого поля оптимизма не внушает – 300 МВ/см, что даже при толщинах диэлектрических слоев 10 нм требует управляющих напряжений в сотни вольт, а при меньших толщинах будет сказываться туннельный эффект. Кроме того, при таких полях резко возрастает вероятность электрического пробоя.

Рис. 2. Альтернативная конструкция ячейки памяти. Положение доменной стенки в свободном слое структуры определяет состояния «0» и «1»

Впрочем, невозможность зарождения магнитных структур еще не повод для уныния, поскольку в новой концепции магнитной памяти, предложенной Стюартом Паркиным [3] перемагничивание бита информации не так уж необходимо, достаточно и сдвига границы между доменами (рис. 2). Запоминающее устройство Паркина представляет собой сэндвич из двух магнитных слоев, разделенных немагнитной прослойкой.

Намагниченность нижнего слоя неизменна, а намагниченность свободного верхнего слоя зависит от положения доменной границы. При поперечных размерах слоя 100 нм и скорости доменной границы 100 м/c (характерные величины в [2]) время переключения составит 1 нc. Считывание состояния такого элемента памяти осуществляется, как и в любом другом устройстве спинтроники, на основе эффекта гигантского магнитосопротивления – по изменению сопротивления току, протекающему через «сэндвич» перпендикулярно слоям.

А. Пятаков

• 1. I. Dzyaloshinskii, Europhys. Lett. 83, 67001 (2008)
• 2. A.S. Logginov et al, Appl. Phys. Lett. 93, 182510 (2008)
• 3. Stuart S.P. Parkin, US Patent 6920062 (2005)