Статья исследователей опубликована в Усовершенствованные функциональные материалы, рецензируемый журнал по материаловедению высшего уровня.

"Мы считаем, что нашли материал и устройство, которые позволят полупроводниковой промышленности продвинуться вперед, открыв больше возможностей в области спинтроники, которых раньше не было в приложениях для памяти и вычислений", - сказал Цзянь-Пин Ван, старший автор статьи, профессор и заведующий кафедрой Роберта Ф. Хартманна в Университете Миннесоты. Кафедра электротехники и вычислительной техники. "Спинтроника невероятно важна для создания микроэлектроники с новыми функциональными возможностями".

Ван сказал, что Миннесота уже более 10 лет активно руководит этими усилиями при мощной поддержке Корпорации по исследованию полупроводников (SRC), Агентства перспективных исследовательских проектов в области обороны (DARPA) и Национального научного фонда (NSF).

Команда Вана также сотрудничала с Университетом коммерциализации технологий Миннесоты и NIST, чтобы запатентовать эту технологию, наряду с несколькими другими патентами, связанными с этим исследованием. Это открытие также открывает новое направление исследований для проектирования и производства спинтронных устройств на следующее десятилетие.

"Это означает, что Honeywell, Skywater, Globalfoundries, Intel и подобные им компании могут интегрировать этот материал в свои процессы производства полупроводников", - сказал Ван. "Это очень интересно, потому что инженеры отрасли смогут проектировать еще более мощные системы".

Полупроводниковая промышленность постоянно пытается разрабатывать чипы все меньших размеров, которые могут максимально повысить энергоэффективность, скорость вычислений и емкость хранилища данных в электронных устройствах. Спинтронные устройства, которые используют спин электронов, а не электрический заряд для хранения данных, представляют собой многообещающую и более эффективную альтернативу традиционным чипам на основе транзисторов. Эти материалы также потенциально могут быть энергонезависимыми, что означает, что они требуют меньше энергии и могут сохранять память и выполнять вычисления даже после отключения источника питания.

Спинтронные материалы успешно интегрируются в полупроводниковые чипы уже более десяти лет, но стандартный для отрасли спинтронный материал, кобальт-железо-бор, достиг предела своей масштабируемости. В настоящее время инженеры не в состоянии создавать устройства размером менее 20 нанометров без потери их способности хранить данные.

Исследователи из Университета Миннесоты обошли эту проблему, показав, что железо-палладий, альтернативный материалу кобальт-железо-бор, который требует меньше энергии и обладает потенциалом для большего объема хранения данных, может быть уменьшен до размеров всего пяти нанометров.

И впервые исследователи смогли вырастить железо-палладий на кремниевой пластине, используя 8-дюймовую многокамерную систему распыления в сверхвысоком вакууме, которая является единственным в своем роде оборудованием среди академических учреждений по всей стране и доступна только в Университете Миннесоты..

"Эта работа впервые в мире показывает, что вы можете вырастить этот материал, размер которого может быть уменьшен до размеров менее пяти нанометров, поверх подложки, совместимой с полупроводниковой промышленностью, так называемой CMOS + X-технологии", - сказал Дэюань Люй, первый автор статьи и один из Аспирант кафедры электротехники и вычислительной техники Университета Миннесоты.

"Наша команда поставила перед собой задачу разработать новый материал для производства спинтронных устройств, необходимых для приложений следующего поколения, требующих больших объемов данных", - сказал Дэниел Гопман, штатный научный сотрудник NIST и один из ключевых участников исследования. "Будет интересно посмотреть, как этот прогресс стимулирует дальнейший рост устройств spintronics в области технологии полупроводниковых чипов".

Это исследование финансировалось за счет четырехлетнего гранта DARPA в размере 4 миллионов долларов и частично NIST; SMART, одного из семи центров nCore, программы SRC; и NSF.

В дополнение к Вану, Гопману и Лью в исследовательскую группу вошли исследователи Университета Миннесоты из Колледжа науки и техники, в том числе исследователи кафедры электротехники и вычислительной техники Ци Цзя, Уильям Эхтенкамп и Брэндон Цинк; исследователь кафедры машиностроения Динбин Хуан и доцент Сяоцзя Ван; и Центр определения характеристик исследователи Хавьер Гарсия-Барриоканал, Джеффри Рохас и Гуйчуан Ю. Исследователь Национального института стандартов и технологий Дженае Шоуп также внесли свой вклад в исследование.