Magnetoresistance in a tunnel junction with an antiferromagnet electrode

A spin valve is a microelectronic device in which high- and low-resistance states are realized by using both the charge and spin of carriers. Spin-valve structures used in modern hard-drive read heads and magnetic random access memories comprise two ferromagnetic electrodes whose relative magnetization orientations can be switched between parallel and antiparallel configurations, yielding the desired giant or tunneling magnetoresistance effect. Here, we demonstrate a large magnetoresistance effect in a tunnel junction with an AFM electrode of IrMn and a nonmagnetic counter electrode [1]. Antiferromagnets (AFM’s) have been used in spintronics devices so far only to pin the magnetization direction of a ferromagnetic electrode through the exchange-bias effect. Spintronics devices whose transport is governed by AFM’s have been theoretically proposed, but remain a great challenge for experimental realization. In our device, the tunneling resistance depends on the magnetization direction of the IrMn electrode, so-called tunneling anisotropic magnetoresistance (TAMR) effect, which is based on the spin-orbit coupling. This is quite different from the conventional spin-valves where the resistance depends on the relative magnetization directions of two ferromagnetic electrodes. The magnetization direction of the AFM IrMn layer was manipulated with a relatively small magnetic field of 50mT by the exchange spring effect of coupled soft NiFe. In addition, We employ this device to study the behavior of exchage coupling between an antiferromagnetic IrMn and a ferromagnetic NiFe. Experiments performed by common laboratory tools for magnetization and electrical transport measurements allow us to directly link the broadening of the NiFe hysteresis loop and its shift (exchange bias) to the rotation and pinning of antiferromagnetic moments in IrMn [2]

Development of Reconfigurable Spin-based Logic Device

KAIST 2018 대표 연구성과 10선현재 사용되는 컴퓨팅 기술은 논리 연산을 수행하는 프로세스와 기억을 하는 메모리가 물리적으로 분리된 폰노이만 구조를 사용하고 있다. 따라서 정보처리를 위해서 두 소자 사이에 데이터의 전송이 필수적이고 이에 따른 에너지 소모와 시간 지연이 발생한다. 이러한 폰노이만 병목현상은 특히 인공지능, 사물인터넷, 빅데이터 등 대용량 정보처리가 요구되는 최첨단 컴퓨팅 기술에서는 특히 심각한 문제를 야기합니다. 본 연구에서는 스핀오빗토크 스위칭 임계전류를 전계로 제어하는 기술을 이용하여 메모리와 로직을 동시에 수행하는 스핀기반 로직소자를 개발하였다. 또한 전계효과의 극성을 제어함으로 “n 형”과 “p 형” 특성을 지닌 스핀로직 소자를 최초로 개발하여 상보성 로직동작을 보고하였다. 본 연구에서 개발된 소자는 비휘발성과 프로그램이 가능한 특성을 가져, 향후 폰노이만 병목현상, 고집적의 물리적 한계 등 기존 반도체기반 소자의 한계를 극복할 기술로 활용될 것으로 기대된다.Current computing technology is based on the von Neumann architecture, which consists of a processing unit (PU) for performing logic operations and a memory for storing information. As the PU and memory are physically separated, data transfer between the two components requires substantial energy consumption and time delay. This so-called von Neumann bottleneck causes serious problems for state-of-the-art computing technology, particularly for large-capacity information processing such as artificial intelligence (AI), internet of things (IoT), and big-data analytics. In this study, we developed a spin logic device by employing electric-field-controlled spin-orbit torque switching, which simultaneously performs logic and memory functions.한국과학기술원 : 신소재공학

현재 사용되는 컴퓨팅 기술은 논리 연산을 수행하는 프로세스와 기억을 하는 메모리가 물리적으로 분리된 폰노이만 구조를 사용하고 있다. 따라서 정보처리를 위해서 두 소자 사이에 데이터의 전송이 필수적이고 이에 따른 에너지 소모와 시간 지연이 발생한다. 이러한 폰노이만 병목현상은 특히 인공지능, 사물인터넷, 빅데이터 등 대용량 정보처리가 요구되는 최첨단 컴퓨팅 기술에서는 특히 심각한 문제를 야기합니다. 본 연구에서는 스핀오빗토크 스위칭 임계전류를 전계로 제어하는 기술을 이용하여 메모리와 로직을 동시에 수행하는 스핀기반 로직소자를 개발하였다. 또한 전계효과의 극성을 제어함으로 “n 형”과 “p 형” 특성을 지닌 스핀로직 소자를 최초로 개발하여 상보성 로직동작을 보고하였다. 본 연구에서 개발된 소자는 비휘발성과 프로그램이 가능한 특성을 가져, 향후 폰노이만 병목현상, 고집적의 물리적 한계 등 기존 반도체기반 소자의 한계를 극복할 기술로 활용될 것으로 기대된다.

korByong-Guk Park한국과학기술원 : 신소재공학

Low-Power Terahertz Magnetic Nano-oscillators

본 발명의 일 실시예에 따른 자기 나노 발진 소자는, 기판 상에 배치된 강자성층; 상기 강자성층 상에 적층된 비자성 도전층; 상기 비자성 도전층 상에 적층된 반강자성층(또는 페리자성층); 및 상기 강자성층과 상기 비자성 도전층의 양측면에 각각 접촉하는 제1, 제2 전극들을 포함한다. 상기 반강자성층(또는 페리자성층)은 막면에 대하여 수직 혹은 수평한 방향으로 자화되는 물질로 이루어진 박막이며, 상기 강자성층은 상기 강자성층의 막면에서 수평한 방향으로 자화되고, 상기 제1, 제2 전극들을 통해 상기 강자성층과 상기 비자성 도전층에 주입된 면내 전류는 상기 반강자성층(또는 페리자성층)에 전달되는 박막의 두께 방향의 스핀을 포함하는 스핀 전류를 제공하여 상기 반강자성층(또는 페리자성층)의 부격자의 자화 세차운동을 발생시킨다