日本東北大學2016年12月8日宣布，該校研究人員發現，將容易在外部磁場作用下發生磁化翻轉的軟磁材料Ni-Fe合金（坡莫合金，Permalloy）與磁化翻轉需要很大外部磁場的硬磁材料——FePt有序合金組合到一起製作納米磁鐵，可利用Ni-Fe合金中的磁矩旋渦結構（磁旋渦結構或磁渦流結構）的磁化運動，大幅降低FePt有序合金磁化翻轉所需的磁場。利用該效應，可以大幅降低磁存儲器件信息存儲所需要的功耗。
HDD及磁存儲器（MRAM）等磁存儲器件及自旋電子元件是按照磁鐵方向（磁化方向）存儲信息的，因此具有關閉電源後信息也不會消失的優點。但同時也存在一個課題，那就是隨著存儲密度的提高，向存儲位寫入信息時所需要的能量（外部磁場等）也會增大。
比如，要提高HDD的存儲密度，就要高密度配置納米級別的磁鐵，增大使磁化保持同一方向的能量（磁各向異性能量）。但這樣會導致磁化翻轉磁場增大，寫入信息時的功耗也會增加。尤其是FePt有序合金，雖然這種合金被視為新一代超高密度磁存儲元器件材料的有力候選，但現階段，磁化翻轉磁場太大是實用化道路上的一大障礙。
此次，研究人員以減小翻轉磁場為目標，將層疊了Ni-Fe合金層和FePt合金層的薄膜試料加工成直徑260納米的納米尺度點，調查了磁化翻轉動作。結果發現，在Fe-Ni合金層形成了磁旋渦結構（磁渦流結構），向由該磁旋渦結構的Ni-Fe合金層與垂直磁化FePt有序合金層構成的納米磁鐵石施加某一特定頻率的高頻磁場時，翻轉磁場大幅減小。
未施加高頻磁場的FePt有序合金層顯示出8.6kOe的翻轉磁場，而只需施加頻率為11GHz的0.2kOe高頻磁場，翻轉磁場就減小到了2.8kOe。通過計算機模擬施加高頻磁場後發現，首先會在Ni-Fe合金層發生磁旋渦運動，由此產生的過剩磁能會積存在Ni-Fe合金層。積存的多餘能量會因為整個納米磁鐵進行磁化翻轉而減少，因此與Ni-Fe合金層鄰近的FePt合金層會發生磁化翻轉，這一過程很有特點。
此前已出現過很多有關磁旋渦運動的研究報告，但還沒有利用磁旋渦運動使鄰近磁鐵的磁化方向發生翻轉的研究報告，東北大學此次驗證了磁旋渦的新功能。該校表示，此次的成果開闢出了兼顧磁存儲元器件中的信息超高密度化與低功耗運行的新道路。
此次的研究成果已於2016年12月8日在美國物理學雜誌《物理評論》（Physical Review B）的快報版（Rapid communication）上公開。（特約撰稿人：工藤宗介）
Source:技術在線
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