Harnessing Quantum Materials to design Antiferromagnetic Topological Textures
利用量子材料设计反铁磁拓扑纹理
基本信息
- 批准号:EP/X024938/1
- 负责人:
- 金额:$ 26万
- 依托单位:
- 依托单位国家:英国
- 项目类别:Fellowship
- 财政年份:2022
- 资助国家:英国
- 起止时间:2022 至 无数据
- 项目状态:未结题
- 来源:
- 关键词:
项目摘要
The computing ecosystem uses 10% of the global electricity and contributes to 2% emissions (at par with aviation). Left unchecked, this demand is expected to rise rapidly to 21% by 2030. Hence, for energy sustainability, it is critical to develop computing platforms with dense, fast yet energy-efficient information storage and processing. An emerging candidate that can address these needs is spintronic memory and logic, which harnesses whirling magnetic topological textures (TTs) as dynamic information bits. In the last decade significant progress was made in developing ferromagnetic (FM) TTs. However, their practical utility has been inhibited by susceptibility to stray magnetic fields, strong internal dipolar fields, slow speeds and sideway motion. To alleviate these issues, there has been a surge of interest in discovering antiferromagnetic (AFM) analogues, which are predicted to be robust, scalable, ultra-fast and energy-efficient. We have recently made the pioneering demonstration of a family of AFM TTs at room temperature. To harness them practically, it is now crucial to develop targeted electrical control pathways. To this effect, HQ-AFM will build a novel quantum materials platform that affords exquisite all-electrical control of homochiral AFM TTs via emergent interfacial phenomena. First, I will design multiferroic heterostructures, containing an epitaxial AFM layer sandwiched between ferroelectric (FE) and heavy-metal (HM) layers, hosting symmetry-breaking interactions to stabilize homochiral TTs. Then, I will exploit FE switching to realize electric-field tuning of their chirality, size and stability. Lastly, I will harness current-based spin-orbit torques injected from the HM layer to trigger their nucleation and ultra-fast motion. HQ-AFM will thus enable non-volatile, reversible and scalable control of AFM TTs, pushing the knowledge frontiers of AFM topological spintronics and forging the path to energy-efficient "beyond-Moore" computing paradigm.
计算生态系统使用了全球 10% 的电力,并产生了 2% 的排放(与航空相当)。如果不加以控制,到 2030 年,这一需求预计将迅速上升至 21%。因此,为了实现能源可持续发展,开发具有密集、快速且节能的信息存储和处理能力的计算平台至关重要。可以满足这些需求的新兴候选者是自旋电子存储器和逻辑,它利用旋转磁性拓扑纹理(TT)作为动态信息位。在过去十年中,铁磁 (FM) TT 的开发取得了重大进展。然而,它们的实际用途却因对杂散磁场、强内部偶极场、低速和侧向运动的敏感性而受到抑制。为了缓解这些问题,人们对发现反铁磁 (AFM) 类似物产生了浓厚的兴趣,预计这些类似物具有鲁棒性、可扩展性、超快性和节能性。 我们最近在室温下首次演示了一系列 AFM TT。为了实际利用它们,现在至关重要的是开发有针对性的电气控制路径。为此,HQ-AFM 将构建一个新颖的量子材料平台,通过涌现的界面现象对同手性 AFM TT 提供精致的全电控制。首先,我将设计多铁异质结构,其中包含夹在铁电 (FE) 和重金属 (HM) 层之间的外延 AFM 层,通过破坏对称性的相互作用来稳定同手性 TT。然后,我将利用有限元切换来实现其手性、尺寸和稳定性的电场调节。最后,我将利用从 HM 层注入的基于电流的自旋轨道扭矩来触发它们的成核和超快运动。因此,HQ-AFM 将实现对 AFM TT 的非易失性、可逆和可扩展控制,推动 AFM 拓扑自旋电子学的知识前沿,并开辟通往节能“超越摩尔”计算范式的道路。
项目成果
期刊论文数量(3)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(0)
Spatially reconfigurable antiferromagnetic states in topologically rich free-standing nanomembranes
拓扑丰富的独立纳米膜中的空间可重构反铁磁态
- DOI:10.1038/s41563-024-01806-2
- 发表时间:2024-02-19
- 期刊:
- 影响因子:41.2
- 作者:H. Jani;Jack Harrison;S. Hooda;S. Prakash;Proloy N;i;i;Junxiong Hu;Zhiyang Zeng;Jheng;Charles Godfrey;G. J. Omar;Tim A Butcher;Jörg Raabe;S. Finizio;A. Thean;A. Ari;o;o;Paolo G Radaelli
- 通讯作者:Paolo G Radaelli
Revealing emergent magnetic charge in an antiferromagnet with diamond quantum magnetometry.
使用金刚石量子磁力测量揭示反铁磁体中的涌现磁荷。
- DOI:http://dx.10.1038/s41563-023-01737-4
- 发表时间:2023
- 期刊:
- 影响因子:41.2
- 作者:Tan AKC
- 通讯作者:Tan AKC
Holographic imaging of antiferromagnetic domains with in-situ magnetic field.
原位磁场反铁磁域的全息成像。
- DOI:http://dx.10.1364/oe.508005
- 发表时间:2024
- 期刊:
- 影响因子:3.8
- 作者:Harrison J
- 通讯作者:Harrison J
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