什么是磁性存储器件,用途是什么呢

2020-08-19 13:44:25 湖南赛西 2

磁性存储器件是当前计算机等设备必不可少的元件之一,随着计算机的微型化,要求磁性存储器件朝微型化、高能效和低能耗的方向发展,这就需要尽量减小磁性存储单元的尺寸。


目前磁存储的密度虽然得到了很大提升,但是要存储一比特(bit)的数据,磁性存储单元的尺寸也应在几纳米左右14。纳米技术的兴起,特别是团簇科学的发展,使对材料的磁学性质的研究也缩小到纳米尺度甚至原子尺度。由几个至几百个原子组成的团簇的磁学性质受到了人们的广泛关注。



对原子团簇的磁学性质的研究不仅在制备高密度磁性存储器件中具有广泛的实际应用价值,而且在基础研究中也有着十分重要的意义。



对于未来纳米级别的磁性存储器件,最重要的一个性能参数是磁各向异性能(AE, Magnetic Anisotropy Energy)磁各向异性能的定义为当饱和磁化强度矢量在铁磁体中取不同方向时的能量的改变,即沿铁磁体的难、易磁化方向磁化时所需要的磁化能的大小是不同的,在易磁化方向需要的磁化能最小,而在难磁化方向需要的磁化能最大。



MAE的大小决定了材料的磁矩方向在热振动的影响下转向的难易程度。在磁存储材料中,高MAE可以有效地提高存储稳定性,防止存储信息的丢失磁各向异性能可以用体积V和各向异性常数K的乘积来表示,因此,磁各向异性能随着结构尺寸的减小而减小。



为了避免热激励引起的磁性改变,磁各向异性能KV必须比热能kBT(kB是玻尔兹曼常数,T是热力学温度)要大得多。为了得到随尺寸减小的足够的磁各向异性能,各向异性常数K必须随着结构尺寸的减小而增大。目前,设计新型磁性纳米材料的目的也就变成了如何随着结构尺寸的减小而增大各向异性常数。



如何来认识这一点呢?实际上可以这样来理解:小尺寸团簇的磁各向异性的微观起源是什么?回答了这个问题,实际上也就搞清楚了上面的问题。原子层面上,磁各向异性能是指原子磁矩指向不同方向时的能量差。对于金属团簇来讲,自旋轨道耦合是影响团簇MAE的重要原因。



高MAE材料一般拥有较大的自旋磁矩,同时还应具有较强的自旋轨道耦合,因此,过渡金属元素成为人们寻找新型纳米磁性存储器件的重点。



如图2.10所示为磁各向异性能的微观机理小意图体总的磁矩儿平全部山原子的白旋矩提供,但是,自旋并没有直接与团簇的结构合磁矩的耦合是通过原的轨道磁行调制的,而自旋的耦合则是由自旋和轨道之间的相互作用引起的进步轨道磁相团簇结构的耦合是通过配位场或晶体场所实现的般面,因为配位场都是不对称的,因此这种不对称性通过轨道磁知转移到了自旋上,从面导致了磁性不对称能 Magnet Asymmetry Energy),因此,这种不对称性有可能通过以下几种式得到增强:增加自旋轨道耦合、有较大的轨道磁矩或更强的配位场。此外团族的构型成张力(如晶格的不匹引起的张力)都会对磁性的不对称性产生较大影响。


图2.10磁各向异性能的微观机理示意图


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