磁电自旋轨道逻辑的构建块为CMOS技术之外的低功耗开辟了新途径

在《自然通讯》上发表的一篇文章中，由CIC纳米枪纳米器件组的研究人员领导的一个国际团队成功地实现了磁电自旋轨道纳米器件的基于电压的磁化切换和读取。这项研究证明了这些纳米器件的原理，它们是磁电自旋轨道（MESO）逻辑的构建块，为CMOS技术之外的低功耗开辟了一条新途径

已经提出了一种使用磁电材料实现无磁场、基于电压的磁性切换的途径，该磁电材料在同一相中表现出一种以上的主要铁电特性。在几种可能的组合中，铁电性和铁磁性的共存有望允许通过用电场切换铁电极化来控制磁化

在这一类别中，铁氧体铋（BiFeO3）是研究最多的材料，在室温下表现出反铁磁和铁电有序之间的紧密耦合

通往基于多铁性的器件的道路漫长而曲折，报告的结果很少。然而，预计这种器件可以将磁化写入能量降低到attojoule范围，与最先进的基于电流的器件相比，这是几个数量级的改进

这一驱动力导致了最近提出的MESO逻辑，提出了一种与多铁性材料相邻的基于自旋的纳米器件，其中磁化仅通过电压脉冲进行切换，并使用自旋-电荷电流转换（SCC）现象进行电读取

现在，一组研究人员演示了这种设备的实验实现。该团队在BiFeO3上制造了SCC纳米器件，并使用压电响应和磁力显微镜的组合分析了铁磁CoFe磁化的可逆性，其中BiFeO3的极化状态和CoFe的磁化在切换时成像

然后，研究人员将其与所有电SCC实验相关联，在这些实验中，施加电压脉冲来切换BiFeO3，反转CoFe的磁化（写入），并根据磁化方向（读取）测量不同的SCC输出电压

已发表的结果支持在室温下纳米器件中基于电压的磁化切换和读取，这是通过多铁性BiFeO3和铁磁性CoFe之间的交换耦合实现的，用于写入，以及CoFe和Pt之间的SCC实现的

虽然在开关的可控性和再现性方面还需要进一步的工作，特别是关于BiFeO3中的铁电和磁性结构，但这些结果为纳米级磁体的磁化电压控制提供了关键的一步，这对未来低功率基于自旋的逻辑和存储设备至关重要