Ученые из Университета науки и технологий UNIST (Южная Корея) добились успеха в создании нового полупроводникового устройства, основанного на альтермагнитных материалах. Эта разработка способна существенно ускорить процесс создания сверхбыстрых и энергосберегающих полупроводниковых чипов, предназначенных для использования в системах искусственного интеллекта.
Исследования проводились под руководством профессора Чжун-Ву Ю из Департамента материаловедения и инженерии и профессора Чангхи Сона из Департамента физики UNIST. Специалистам удалось разработать магнитные туннельные переходы (MTJ) с использованием альтермагнитного оксида рутения (RuO2) и зарегистрировать в них высокий показатель туннельного магнитосопротивления (TMR), что свидетельствует об их перспективности для спинтронных устройств.
Сынхён Но из Департамента материаловедения и инженерии и Кюхён Ким из Департамента физики UNIST руководили исследованием, результаты которого были обнародованы 20 июня 2025 года в журнале Physical Review Letters.
Магнитные туннельные переходы являются важнейшим элементом устройств магнитной оперативной памяти (MRAM). Несмотря на то, что MRAM обладает такими достоинствами, как энергонезависимость и низкое энергопотребление, ее массовое внедрение затруднено из-за использования ферромагнитных материалов. Для изменения спина в этих материалах требуются значительные энергетические затраты, они характеризуются ограниченной скоростью переключения и подвержены влиянию внешних магнитных полей.
Разработанное учеными устройство использует альтермагнитные материалы, что позволяет обойти существующие ограничения. В отличие от ферромагнетиков, альтермагнитные материалы хранят информацию, используя спин электронов, и при этом обладают меньшей чувствительностью к внешним магнитным полям, что обеспечивает возможность сверхбыстрой перестройки.
В рамках данного исследования была использована RuO2 — один из наиболее изученных материалов с альтермагнитными свойствами, несмотря на то, что его характеристики до сих пор вызывают споры. Специалисты получили тонкие пленки RuO2 с атомарной точностью, используя технологию вакуумного осаждения, а затем изготовили структуры тонкопленочных магнитных туннельных переходов (MTJ), последовательно нанося изолирующий и ферромагнитный слои.
При изменении направления магнитного поля в ферромагнитном слое фиксировалось изменение магнитосопротивления (TMR), что подтвердило возможность использования данного устройства в качестве компонента магнитной памяти.
Впервые в ходе экспериментальных исследований было установлено, что магнитосопротивление TMR связано с ориентацией спина в магнитотуннельных переходах MTJ. Это значительный прогресс в разработке магнитосопротивляющих полупроводников для использования в устройствах памяти для систем искусственного интеллекта. Сейчас ученые сосредоточены на повышении значения эффекта TMR в последующих модификациях устройства.
Используя подход, аналогичный программе DARPA в США, проект, реализованный менее чем за год, призван ускорить значительные открытия в фундаментальной науке в Южной Корее.
Донгхо Ким, представляющий Национальный исследовательский фонд Кореи (NRF) и отвечающий за руководство проектом, сообщил: « Благодаря работе исследователей, занимающихся изучением малоизученной области альтермагнетизма, достигнут важный результат. Мы намерены и дальше оказывать поддержку этой технологии, способной совершить существенный прорыв в полупроводниковой отрасли ».