金澤大學的研究者透過調控毗鄰金屬氧化物層的電極化實施了對金屬層磁性的控制。計算類比和實驗測量雙雙表明，鈷鉑合金層的磁性強烈依賴於上覆[1]氧化鎂鋅層的極化方向。使用電極化[2]來控制磁性的這一全新概念揭示了用於非易失性磁記憶體的可能性。
示意圖：由夾在磁性金屬層之間的鐵電材料構成的磁性隧道結。 電極化方向在右側等比增大顯示。 左下方顯示了由極化和磁化方向引起的電阻的圖解。
使用電來控制材料磁性的能力對於電腦技術的隊形變換非常重要，特別是對於非揮發性記憶體，這種記憶體不需要恆定的電流源就可以保持設定狀態。對材料的磁狀態的電控制可以允許我們實施透過電來簡單控制對非易失性磁記憶體不同狀態之間的切換，這種新型節能概念十分具有吸引力。最近，金澤大學的日本研究者發現，可以透過上覆金屬氧化物層上通電來控制金屬層的磁性。
該研究團隊研究了上覆氧化鋅（ZnO）層的電極化引起的鈷鉑合金（CoPt）層的磁性變化。計算類比表明，切換ZnO層的電極化對ZnO和CoPt之間界面處的化學潛勢有很大影響，進而導致CoPt層的磁行為發生了顯著變化。 CoPt層的磁性行為變化是非易失性的。也就是說，該層能夠保持設定的狀態，直到ZnO層的電極化再次改變。作者小幡雅男說：「 ZnO極化可以控制CoPt原子軌域的相輔作用，這解釋了ZnO電極化對CoPt磁性的強影響作用。」
爲了進一步應答類比得出的結果，研究人員製造了一種堆疊結構，稱爲隧道結，其中包含摻Mg的ZnO和CoPt層。他們研究了該隧道結的磁性和開關行為。結果表明，隧道結展現出取決於ZnO層的電極化狀態的明顯不同的磁行為，這證明了類比結果和理論發現的恆定性。
「該ZnO / CoPt系統證明，對材料磁性能的非易失性電控制是可以實施的。」 作者小田龍樹解釋說，「這樣的概念對於開發先進的節能型非易失性磁記憶體非常重要。」 透過ZnO的電極化對CoPt的磁性行為進行非易失性控制是一個極具吸引力的全新概念，透過這一概念可實施新的非易失性存儲，從而進一步推進資訊處理等方面的應用。
【論文資訊】
題目： Large nonvolatile control of interfacial magnetic anisotropy in CoPt by a ferroelectric ZnO-based tunneling barrier
雜誌：Physical Review B
DOI: 10.1103/PhysRevB.100.054423
用詞解釋：
1. 上覆：指位置在目標材料之上
2. 電極化：在電磁學裏，當給電介質施加一個電場時，由於電介質内部正負電荷的相對位移，會產生電偶極，這現象稱爲電極化。施加的電場可能是外電場，也可能是嵌入電介質内部的自由電荷所產生的電場。因爲電極化而產生的電偶極稱爲「感應電偶極」，其電偶極矩稱爲「感應電偶極矩」。電極化向量的大小br爲電介質内的電偶極矩密度，也就是單位體積的電偶極矩，又稱爲電極化密度，或電極化向量。這定義所指的電偶極矩包括永久電偶極矩和感應電偶極矩。它的國際單位制度量單位是庫侖每平方公尺（coulomb/㎡）。
文：JST客觀日本編輯部翻譯整理
