Universiteit Twente

Brug van één nanometer dik geeft de transistor magneetgeheugen

Directe koppeling geheugen aan rekenkracht

Een laagje van slechts een nanometer dik, gemaakt van gadolinium, is in staat de magnetische wereld te koppelen aan de elektronische. Hierdoor zal het mogelijk worden de basiselementen voor een computerchip, transistors, uit te rusten met een magnetische geheugenlaag. Geheugen dat direct gekoppeld wordt aan rekenkracht, is een interessante optie omdat dit energiezuinig en efficiënt is, en nieuwe functionaliteit geeft. In Nature Materials van oktober publiceert promovendus Byoung-Chul Min samen met collega's onder leiding van dr. Ron Jansen van het MESA+ Institute for Nanotechnology van de UT deze manier om een brug te slaan tussen vanouds gescheiden werelden.

Magnetische geheugens, zoals de harde schijf, berusten op een geheel andere technologie dan elektronische schakelingen. Tot nu toe lukte het niemand om een magnetische laag succesvol te combineren met elektronica. Toch is dat interessant, want een magnetisch geheugen heeft geen extra energietoevoer nodig om zijn inhoud vast te houden; eenmaal in een toestand gebracht, blijft het zo staan. Zou een magnetische geheugenlaag direct worden aangebracht op een transistor, dan ontstaat een krachtige nieuwe component om rekenkracht direct te koppelen aan geheugenwerking. Het energieverbruik, zeker belangrijk in mobiele apparatuur, kan daardoor omlaag.

Weerstand 100 miljoen keer kleiner

Op silicium, hèt basismateriaal voor halfgeleider elektronica, was die koppeling nog niet mogelijk, voor enkele andere halfgeleiders al wel. "Wij hebben laten zien waaraan dit ligt", aldus Ron Jansen. "Als je een laag magnetisch materiaal in contact brengt met silicium ontstaat een barrière en is de weerstand een factor 100 miljoen te groot. De magnetische informatie kan daardoor met geen mogelijkheid het grensvlak tussen de magneetlaag en het silicium passeren." Met dat uitgangspunt zijn de onderzoekers aan de slag gegaan om tot een verrassend effectieve oplossing te komen. Ze kiezen daarvoor het materiaal gadolinium, dat speciaal is omdat het een lage `werkfunctie' heeft: een elektron maakt gemakkelijk de oversteek `het materiaal uit'. Een laagje van één nanometer dik, aangebracht tussen silicium en het magnetische materiaal, is in staat de barrière te verwijderen en laat daarbij het magnetische materiaal vrijwel intact. Dat maakt dat de elektronica wèl in contact komt met de magnetische informatie.

Een dun laagje gadolinium zorgt ervoor dat de informatie die is opgeslagen in het magnetische materiaal, zijn weg vindt naar het silicium. Een directere koppeling was er tot nu toe niet

De dunne laag gadolinium wordt gecontroleerd aangebracht via een opdamp proces waarmee de dikte nauwkeurig te variëren is. Daarmee is ook de gewenste weerstand in te stellen over een groot bereik; een factor 100 miljoen. Vervolgens kan het magnetisch materiaal erop aangebracht worden. Nu het contact probleem is opgelost kunnen onderzoekers nieuwe componenten gaan ontwerpen waarin elektronica en magnetische technologie wordt gecombineerd. De eerste magnetische transistor is daardoor binnen handbereik gekomen.

Het onderzoek van de groep van Jansen is ingebed in de leerstoel in oprichting "NanoElectronics" van het MESA^+ Institute for Nanotechnology en is mede tot stand gekomen met financiële steun van het nationale nanotechnologieprogramma NanoNed. Daarbij werd tevens samengewerkt met onderzoekers van Sony.

Het artikel getiteld `Tunable spin-tunnel contacts to silicon using low-work-function ferromagnets' door B.C. Min, K. Motohashi, J.C. Lodder and R. Jansen verschijnt in de oktober editie van Nature Materials, www.nature.com/nmat. Het tijdschrift heeft het op 17 september al online gepubliceerd voor abonnees. Het is op verzoek toe te sturen.

Contactpersoon voor de pers: Wiebe van der Veen, tel (053) 4894244

Top
Laatst gewijzigd op 26-09-2006 11:21:40 door Webmaster