Тепловые флуктуации и магнетизм: как температура управляет спонтанным переключением в синтетических ферримагнетиках
Тепловые флуктуации и магнетизм: как температура управляет спонтанным переключением в синтетических ферримагнетиках
В исследовании структуры GdFeCo/Ir/GdFeCo обнаружен удивительный эффект: вместо чёткого переключения магнитных состояний при критическом поле — хаотичные «перевороты» с непредсказуемыми задержками. Об этом сказано в исследовании Федерального исследовательского центра проблем химической физики и медицинской химии Российской академии наук (ФИЦ ПХФ и МХ РАН).
«Интерес к стохастическому переключению устройств спинтроники вызван тем, что реализация многих алгоритмов требует генерации случайных чисел. В идеале это должен быть „белый шум“, амплитуда которого не зависит от частоты событий. Совмещение стохастического магнитного переключения с гигантским магнитосопротивлением в подобных гетероструктурах могло бы помочь в разработке такого элемента», — отметил старший научный сотрудник ФИЦ ПХФ и МХ РАН Максим Бахметьев.
Основная идея исследования заключается в том, что при наличии магнитного поля, близкого к критическому значению, происходит случайное переключение между четырьмя стабильными состояниями намагниченности: P+, AP+, AP− и P−. Эти состояния соответствуют двум параллельным (P+, P−) и двум антипараллельным (AP+, AP−) направлениям намагниченности толстого и тонкого слоёв GdFeCo.
Вместо мгновенного перехода между состояниями учёные зафиксировали «задержанные» переключения. Время между ними варьировалось случайным образом — как будто материал ждал подходящего толчка. Выяснилось, этим толчком служат тепловые флуктуации. Они создают микроскопическую область с обратной намагниченностью, которая затем быстро захватывает весь материал. Чем ближе поле к критическому, тем ниже энергетический барьер для такого переворота, что объясняет зависимость эффекта от внешних условий.
В ходе работы проведён статистический анализ стохастичности процесса. Показано, что вероятность переходов зависит от величины магнитного поля, регулирующего потенциальный барьер для термической активации. Авторы исследования подчёркивают универсальность механизма, который может проявляться и в других гетероструктурах.
По словам учёных, открытие важно для разработки магнитных носителей информации, где стабильность состояний критична. Понимание роли термических флуктуаций поможет создавать материалы с контролируемым переключением намагниченности, устойчивым к внешним шумам.
Источник: пресс-служба ФИЦ ПХФ И МХ РАН.
