Patterning of Antiferromagnets for THz operation

Con la fine della legge di Moore e la rapida crescita delle applicazioni dell’Internet of Things, la tecnologia dell’informazione deve individuare nuovi meccanismi efficienti per la trasmissione e l’elaborazione dei dati, in grado di consentire l’integrazione su scala nanometrica e il risparmio energetico. La spintronica è considerata una delle candidate più promettenti per il calcolo beyond CMOS. Tuttavia, la velocità operativa nell’intervallo dei GHz dei ferromagneti e le difficoltà nel raggiungere un’elevata densità di integrazione a causa dei loro campi di dispersione rappresentano limitazioni fondamentali lungo il percorso verso l’applicazione.

In questo contesto, gli antiferromagneti (AF), con la loro dinamica nell’intervallo dei THz e l’assenza di magnetizzazione netta, sono stati proposti come possibile soluzione a tali limiti. Tuttavia, l’assenza di modalità dirette per controllare le proprietà magnetiche degli AF e le difficoltà nel sondarne l’ordine magnetico hanno fortemente limitato lo sviluppo della magnonica antiferromagnetica.

In questo quadro, il progetto PATH propone un nuovo approccio per controllare e studiare le proprietà magnetiche statiche e dinamiche degli AF. Il recente sviluppo della litografia a scansione di sonda termicamente assistita (t-SPL) ha aperto un’opportunità straordinaria per controllare le proprietà magnetiche negli AF con una risoluzione senza precedenti, inferiore ai 10 nm. Inoltre, i recenti lavori pionieristici sull’uso della radiazione THz nei materiali magnetici hanno permesso di accedere alla dinamica degli AF e di studiare le modalità magnoniche coerenti.

Combinando la t-SPL con la spettroscopia THz, il progetto PATH mira a stabilire un nuovo paradigma per l’utilizzo degli AF nella spintronica, perseguendo i seguenti ambiziosi obiettivi:

a. Raggiungere un controllo su scala nanometrica delle proprietà magnetiche statiche negli AF, utilizzando la tecnica t-SPL recentemente sviluppata per creare direttamente, con risoluzione nanometrica, texture di spin e paesaggi di anisotropia.

b. Modulando l’anisotropia magnetica o l’interazione di scambio, regolare le proprietà dinamiche e la risposta magnonica degli AF, sfruttando texture di spin opportunamente progettate o cristalli magnonici.

Unendo risoluzione sub-10 nm, materiali antiferromagnetici e caratterizzazione THz, questo progetto ambizioso aprirà la strada all’applicazione degli AF per dispositivi innovativi ultraveloci, compatti ed energeticamente efficienti.