Исследовательская группа из Университета науки и технологий UNIST (Южная Корея) успешно разработала новый тип полупроводникового устройства, использующего альтермагнитные материалы. Это достижение может значительно ускорить создание сверхбыстрых и энергоэффективных полупроводниковых чипов для искусственного интеллекта.
Работа проводилась под руководством профессора Чжун-Ву Ю из Департамента материаловедения и инженерии и профессора Чангхи Сона из Департамента физики UNIST. Ученым удалось создать магнитные туннельные переходы (MTJ) на основе альтермагнитного оксида рутения (RuO2) и зафиксировать в них значительный уровень туннельного магнитосопротивления (TMR), что подтверждает их потенциал для применения в спинтронике.
Исследование, результаты которого были опубликованы 20 июня 2025 года в журнале Physical Review Letters, возглавили Сынхён Но из Департамента материаловедения и инженерии и Кюхён Ким из Департамента физики UNIST.
Магнитные туннельные переходы играют ключевую роль в устройствах магнитной оперативной памяти (MRAM). Хотя MRAM обладает преимуществами, такими как энергонезависимость и низкое энергопотребление, ее широкое применение ограничено из-за зависимости от ферромагнитных материалов. Эти материалы требуют значительных затрат энергии для изменения спина, обладают ограниченной скоростью переключения и чувствительны к внешним магнитным полям.
Ученые разработали устройство на основе альтермагнитных материалов, способное преодолеть эти ограничения. В отличие от ферромагнетиков, альтермагнитные материалы могут хранить информацию за счет спина электронов, оставаясь при этом менее чувствительными к внешним магнитным полям, что позволяет добиться сверхбыстрого переключения.
В данном исследовании команда использовала RuO2 — один из наиболее изученных кандидатов среди альтермагнитных материалов, хотя его свойства до сих пор оставались предметом дискуссий. Ученые синтезировали тонкие пленки RuO2 с атомарной точностью в условиях высокого вакуума, а затем создали MTJ, последовательно нанося изолирующий и ферромагнитный слои.
Когда ориентация магнитного поля в ферромагнитном слое изменялась, наблюдалось изменение TMR, что стало экспериментальным подтверждением потенциала устройства в качестве элемента магнитной памяти.
Это исследование впервые экспериментально доказало, что TMR зависит от направления спина в альтермагнитных MTJ, что является важным шагом на пути к созданию альтермагнитных полупроводников для памяти в системах искусственного интеллекта. В настоящее время команда работает над увеличением величины эффекта TMR в будущих версиях устройства.
Проект, выполненный менее чем за год по модели программы DARPA (США), направлен на быстрое достижение прорывов в фундаментальной науке в Южной Корее.
Донгхо Ким из Национального исследовательского фонда Кореи (NRF), курирующий проект, заявил: «Это достижение стало результатом работы исследователей, изучающих малоизученную область альтермагнетизма. Мы продолжим поддерживать эту технологию, которая может стать значительным шагом вперед для полупроводниковой промышленности».
