WO2009010595A1 - Magnetoelectric device and method for writing non-volatile information on said device - Google Patents

Magnetoelectric device and method for writing non-volatile information on said device Download PDF

Info

Publication number
WO2009010595A1
WO2009010595A1 PCT/ES2007/000427 ES2007000427W WO2009010595A1 WO 2009010595 A1 WO2009010595 A1 WO 2009010595A1 ES 2007000427 W ES2007000427 W ES 2007000427W WO 2009010595 A1 WO2009010595 A1 WO 2009010595A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
ferromagnetic layer
electric field
layer
magnetic
application
Prior art date
Application number
PCT/ES2007/000427
Other languages
Spanish (es)
French (fr)
Inventor
Josep FONTCUBERTA I GRIÑÓ
Florencio SÁNCHEZ BARRENA
Xavier MATÍ I ROVIROSA
David Hrabovsky
Vladimir Laukhin
Vassil Skumryev
Original Assignee
Consejo Superior De Investigaciones Científicas
Universitat Autònoma De Barcelona
Institució Catalana De Recerca I Estudis Avançats
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Consejo Superior De Investigaciones Científicas, Universitat Autònoma De Barcelona, Institució Catalana De Recerca I Estudis Avançats filed Critical Consejo Superior De Investigaciones Científicas
Priority to PCT/ES2007/000427 priority Critical patent/WO2009010595A1/en
Publication of WO2009010595A1 publication Critical patent/WO2009010595A1/en

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11C—STATIC STORES
    • G11C11/00—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor
    • G11C11/02—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using magnetic elements
    • G11C11/16—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using magnetic elements using elements in which the storage effect is based on magnetic spin effect
    • G11C11/165—Auxiliary circuits
    • G11C11/1675—Writing or programming circuits or methods
    • G—PHYSICS
    • G11—INFORMATION STORAGE
    • G11C—STATIC STORES
    • G11C11/00—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor
    • G11C11/21—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using electric elements
    • G11C11/22—Digital stores characterised by the use of particular electric or magnetic storage elements; Storage elements therefor using electric elements using ferroelectric elements
    • G11C11/225—Auxiliary circuits
    • G11C11/2275—Writing or programming circuits or methods

Definitions

  • This patent deals with a magnetoelectric device and, in particular, with a memory and / or logical element as well as a method for writing non-volatile information in said magnetoelectric device.
  • AMR Anisotropic magnetoresistance
  • An anisotropic magnetoresistance sensor is a magnetic sensor based on the dependence of the electrical resistance of a layer of a soft ferromagnetic material with the angle formed by its magnetization and the direction of the application of the electric measuring current.
  • GMR Global Magnetic Resistance
  • MRAM nonvolatile random access magnetic memories
  • a GMR consists of at least two layers of ferromagnetic material separated by a non-magnetic metal.
  • a scheme of a basic GMR comprising two magnetic layers (100 and 102) separated by a metal layer (104) in two different states is shown in Fig. IA and Fig. IB.
  • a magnetic tunnel junction is formed by at least two layers of ferromagnetic material separated by a thin insulating layer.
  • the electric current through the MTJ depends on the relative orientation of the magnetization of the ferromagnetic layers.
  • the resistance of the MTJ is in a low resistance state, while, when the magnetizations are antiparallel, the resistance of the MTJ is in a state of high resistance.
  • the different values of the high and low resistance states in an MTJ can be used to determine the magnetic state of the ferromagnetic electrodes. Also, changing the relative orientation of the ferromagnetic electrodes can change the state of resistance of the MTJ.
  • MRAMs comprise ordered sets of MTJ.
  • the orientation of the magnetization of the free layer is usually controlled
  • SHEET Di £ REPLACEMENT (Regia 26) by an external magnetic field created by a pair of conductive wires (bit line and word line).
  • Fig. IC schematically shows an MRAM where the information can be memorized by creating a magnetic field at different points in the matrix through the intersections of electrical conductors. For example, to write a "1" in position 160, a current 153 is created in conductor 152 and a current 155 in conductor 154 to create a maximum field in position 160.
  • MRAMs need electrical power to be modified since they need an electric current to create the magnetic field (known as the Oersted field) that will be applied at a point on the device. Inherent in the use of electric currents for the creation of magnetic fields, there is also a Joule heating. Energy dissipation is an inconvenience in terms of electrical consumption of an energy source and a limitation on the degree of integration of MTJs into MRAMs.
  • WO2006 / 103065 discloses a magnetoresistive element and a method for writing information. The method is based on the announced dependence of the exchange bias (exchange field) between adjacent layers of ferromagnetic and magnetoelectric materials.
  • REPLACEMENT SHEET (Rule 26) maintain the electric field during cooling, leading to energy consumption in the end.
  • One of the objectives of this invention is to provide a device that overcomes these limitations (dissipation and energy consumption, as well as induced crosstalk) and propose a new strategy to control the magnetic state of this magnetic device.
  • Another objective of this invention is to provide a magnetoelectric device where the magnetic state, at least in a part thereof, is controlled by low energy consumption methods.
  • Another object of this invention is to provide a method for writing non-volatile information in the magnetoelectric device.
  • this invention relates to a device comprising at least one ferromagnetic layer and an element, coupled by exchange with the ferromagnetic layer in at least one part through an interface, to control the magnetic state of the ferromagnetic layer in the coupling zone by means of an electric field applied at least to the element formed by a material with the coupled ferroelectric and antiferromagnetic characteristics.
  • Exchange bias also called an exchange field, is a magnetic field that exists at the interface between a ferromagnetic and an antiferromagnetic material.
  • the structure of ferromagnetic domains of the material can be modified when the structure of ferroelectric domains of said material is modified; in particular when the state of ferroelectric polarization is changed, that is, when an electric field is applied.
  • OZ REPLACEMENT SHEET (Regia 26)
  • the magnetic state of the ferromagnetic layer is modified by an electric field, which allows information to be written by an electric field.
  • the magnetization of the ferromagnetic layer is controlled by an electric field and not by a magnetic field.
  • the energy required to change the magnetic state of the ferromagnetic layer is radically inferior in this invention to the energy required to create a current capable of creating a magnetic field to change the magnetization of the ferromagnetic layer.
  • the precision in the location where the Magnetization change in the ferromagnetic layer is much greater in this invention in addition to reducing the problem of crosstalk.
  • the material comprised in the element is the hexagonal phase of YMnO 3 that has the antiferromagnetic and ferromagnetic properties anchored.
  • Any other multiferroic material presenting anchorage or a strong coupling between the magnetic and ferroelectric properties could be used as an alternative in other embodiments.
  • RMnO 3 oxides could be used where R can be any element from Ho to Lu, Y or Sc) in hexagonal phase or oxides in phase
  • REPLACEMENT SHEET (Rule 26) orthorhombic such as TbMnO 3 or other oxides that do not contain manganese such as BiFeO 3 .
  • the first ferromagnetic layer is included in a GMR or MTJ type structure with a second ferromagnetic layer separated from the first by an intermediate layer.
  • these three layers would form GMR or MTJ devices.
  • the first ferromagnetic layer of the material is included in a magnetoresistive sensor based on anisotropic magnetoresistance (AMR).
  • a device in relation to the first aspect of the invention may include two metal electrodes suitable for the application of an electric field E through the element. Since the first ferromagnetic layer can be electrically conductive, one of the electrodes can be connected to this first ferromagnetic layer and the other directly to the element.
  • a second aspect of this invention relates to a method for writing non-volatile information by applying an electric field to the device according to the first aspect of the invention.
  • the method comprises the following stages:
  • IC is an example of a connection network of an existing MRAM
  • FIG. 2 shows a diagram of a device according to the invention
  • FIG. 3 shows a graphic representation of the magnetic moment obtained in a ferromagnetic layer of a device according to this invention against a magnetic field depending on an applied voltage
  • FIG. 4 shows a graphic representation of the dependence of the electrical resistance of a ferromagnetic layer of a device according to the invention according to various parameters.
  • FIG. 2 is a schematic representation of an embodiment of the invention.
  • a ferromagnetic layer (202) is coupled with an element (204) which is, in this embodiment, a layer of YMnÜ 3 in hexagonal phase, an example of a material that simultaneously presents antiferromagnetic order (AF) and ferroelectric order (FE).
  • AF antiferromagnetic order
  • FE ferroelectric order
  • the hexagonal phase of YMnO 3 has been used as an example of a biferroic material to create a layer that is - in this embodiment - the element of the invention.
  • the hexagonal phase of YMnO 3 is ferroelectric up to 900 K and presents antiferromagnetic order at low temperature (T N ⁇ 90 K).
  • T N ⁇ 90 K antiferromagnetic order at low temperature
  • the AF order of YMnO 3 is used to set the magnetic state of a ferromagnetic layer (FM) and exploit its ferroelectric properties and the anchor between the AF and FE orders to control the properties of the FM layer.
  • FM ferromagnetic layer
  • SHEET DS RE M DEADLINE RE M DEADLINE (Reala 26)
  • a layer of NiFe Permalloy, Py
  • Other materials such as CoFeB can be used as an alternative.
  • the exchange bias, H et> can be monitored and quantified by measuring the angular dependence of the electrical resistance of the FM layer while rotating the applied magnetic field, H 3 , in relation to the direction of the current.
  • the electrical resistance of the AMR sensor will vary if the H, * field present is modified.
  • the exchange between a multiferroic element (for example, YMnO 3 ) and an FM layer (for example, Py) could be controlled depending on the application of an electric field through the multiferroic element.
  • a multiferroic element for example, YMnO 3
  • an FM layer for example, Py
  • two metal electrodes 210 and 212 are necessary.
  • REPLACEMENT HCJA Rs ⁇ a CS
  • Multiferroic element for example, YMnOs
  • Pt and Py act as metal electrodes.
  • the growth of thin layers of hexagonal YMnO 3 (OOOl) with a thickness of 90 nm is carried out by laser ablation on SrTiO 3 (II l) substrates coated with a thin layer of Pt of thickness 8 nm in the electrode role metal.
  • This heterostructure is subsequently coated with a thin layer of Py (15 nm thickness).
  • X-ray diffraction spectra indicate that the layers of Pt and YMnO 3 are textured epitaxials (111) and (0001), respectively.
  • a mask can be used to partially cover the lower Pt electrode for future contact.
  • Hysteresis cycles can be measured to confirm the existence of the He b field acting on the Py.
  • the magnetization of the FM layer 202 can be changed sign by applying a sufficiently intense electric field.
  • HQJ ⁇ DU RcE ⁇ i 3 LOOP (Rule 26j
  • four (in-line) electrical contacts in the Py can be used for carrying out the electrical transport and anisotropic magnetoresistance measurements.
  • the exchange field of these embodiments and, consequently, the magnetization of the system can be strongly modified by an electric field.
  • the electrical resistance of the FM layer, for a given angle between the external magnetic field, Ha, and the measurement direction of the electric current is modified by the application of a given electric field.
  • Figure 4 shows experimental measurements performed in an embodiment of the invention: shows the dependence of the electrical resistance (R), at 5 K, of the Py FM layer at the angle ( ⁇ ) between the measured electrical current and an applied magnetic field (in the plane of the thin layer) of 50 Oe.
  • the biferroic - AF and FE - YMnO 3 in thin layer is used to control an FM layer with the ultimate goal of fully exploiting its FE character and, in particular, the hysteretic character.
  • This invention can be used to act on sensors based on AMR, GMR or MTJ-like architectures in spin-based electronics.

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Hall/Mr Elements (AREA)
  • Mram Or Spin Memory Techniques (AREA)

Abstract

Magnetoelectric device and method for writing non-volatile information on said device. This invention concerns a device comprising at least a first ferromagnetic layer (202) and an element (204) attached by exchange-bias to this first ferromagnetic layer (202) at least in one area through an interphase (208), for controlling the magnetic state of the ferromagnetic layer (202) in the attachment zone with an electric field applied at least to the element (204), said element (204) comprising a material with inherent anti-ferromagnetic and ferroelectric features.

Description

DISPOSITIVO MAGNETOELÉCTRICO Y MÉTODO PARA ESCRIBIR MAGNETOELECTRIC DEVICE AND WRITING METHOD
INFORMACIÓN NO VOLÁTIL EN DICHO DISPOSITIVO.NON-VOLATILE INFORMATION IN THIS DEVICE.
CAMPO DE LA INVENCIÓNFIELD OF THE INVENTION
Esta patente trata de un dispositivo magnetoeléctrico y, en particular, de una memoria y/o elemento lógico así como de un método para escribir información no volátil en dicho dispositivo magnetoeléctrico.This patent deals with a magnetoelectric device and, in particular, with a memory and / or logical element as well as a method for writing non-volatile information in said magnetoelectric device.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓNBACKGROUND OF THE INVENTION
Los avances en magnetoelectrónica, también conocida como espintrónica (o dispositivos electrónicos basados en espín), han sido importantes en los últimos años. Los sensores de magnetorresistencia anisotrópica (AMR) están siendo ampliamente utilizados para determinar la dirección y/o la intensidad de campos magnéticos. Otros dos tipos de dispositivos, memorias y sensores, están en desarrollo.Advances in magnetoelectronics, also known as spintronics (or spin-based electronic devices), have been important in recent years. Anisotropic magnetoresistance (AMR) sensors are being widely used to determine the direction and / or intensity of magnetic fields. Two other types of devices, memories and sensors, are under development.
Un sensor de magnetorresistencia anisotrópica (AMR) es un sensor magnético basado en la dependencia de la resistencia eléctrica de una capa de un material ferromagnético blando con el ángulo formado por su magnetización y la dirección de la aplicación de la corriente eléctrica de medida.An anisotropic magnetoresistance sensor (AMR) is a magnetic sensor based on the dependence of the electrical resistance of a layer of a soft ferromagnetic material with the angle formed by its magnetization and the direction of the application of the electric measuring current.
Por ejemplo, los sensores GMR (Magnetorresistencia gigante) se usan ampliamente en los cabezales de lectura en discos duros modernos y los uniones túnel magnéticas (MTJ) en memorias magnéticas no volátiles de acceso aleatorio (MRAM).For example, GMR (Giant Magnetic Resistance) sensors are widely used in reading heads on modern hard drives and magnetic tunnel junctions (MTJ) in nonvolatile random access magnetic memories (MRAM).
Un GMR está constituido de como mínimo dos capas de material ferromagnético separadas por un metal no magnético. En las Fig. IA y Fig. IB se muestra un esquema de una GMR básica que comprende dos capas magnéticas (100 y 102) separadas por una capa metálica (104) en dos estados diferentes.A GMR consists of at least two layers of ferromagnetic material separated by a non-magnetic metal. A scheme of a basic GMR comprising two magnetic layers (100 and 102) separated by a metal layer (104) in two different states is shown in Fig. IA and Fig. IB.
KC JΛ O" ΠΞΓ\Í?LAZO (Reg!a 26) En la Fig. IA, la magnetización 106 de la capa magnética 100 y la magnetización 108 de la capa magnética 102 son antiparalelas. Por consiguiente, la resistencia eléctrica de este componente es elevada ("estado de alta resistencia").KC JΛ O " ΠΞΓ \ Í? LAZO ( Reg! A 26 ) In Fig. IA, the magnetization 106 of the magnetic layer 100 and the magnetization 108 of the magnetic layer 102 are antiparallel. Therefore, the electrical resistance of this component is high ("state of high resistance").
En la Fig. IB, después de la aplicación de un campo magnético 110, la magnetización 108 de la capa magnética 102 está alineada con la magnetización 106 de la capa magnética 100. Por consiguiente, la resistencia de este GMR disminuye ("estado de baja resistencia").In Fig. IB, after application of a magnetic field 110, the magnetization 108 of the magnetic layer 102 is aligned with the magnetization 106 of the magnetic layer 100. Accordingly, the resistance of this GMR decreases ("low state resistance").
Igualmente, una unión túnel magnética (MTJ) está formada como mínimo por dos capas de material ferromagnético separadas por una capa delgada aislante. La corriente eléctrica a través de la MTJ depende de la orientación relativa de la magnetización de las capas ferromagnéticas. Típicamente, cuando las magnetizaciones son paralelas la resistencia de la MTJ está en estado de baja resistencia, mientras que, cuando las magnetizaciones son antiparalelas, la resistencia de la MTJ se encuentra en estado de alta resistencia.Similarly, a magnetic tunnel junction (MTJ) is formed by at least two layers of ferromagnetic material separated by a thin insulating layer. The electric current through the MTJ depends on the relative orientation of the magnetization of the ferromagnetic layers. Typically, when the magnetizations are parallel the resistance of the MTJ is in a low resistance state, while, when the magnetizations are antiparallel, the resistance of the MTJ is in a state of high resistance.
Los diferentes valores de los estados de resistencia alta y baja en una MTJ se pueden usar para determinar el estado magnético de los electrodos ferromagnéticos. Asimismo, el cambio de la orientación relativa de los electrodos ferromagnéticos puede modificar el estado de resistencia de la MTJ.The different values of the high and low resistance states in an MTJ can be used to determine the magnetic state of the ferromagnetic electrodes. Also, changing the relative orientation of the ferromagnetic electrodes can change the state of resistance of the MTJ.
Estos dos estados de resistencia controlables y legibles de una MTJ son por tanto usables para el almacenamiento de información (alta resistencia o baja resistencia; "1" o "0"). Una corriente eléctrica es necesaria para determinar los estados de alta o baja resistencia en las MTJ. La potencia eléctrica no es necesaria para mantener el estado de una MTJ ya que sólo está determinado por la orientación relativa de la magnetización de los electrodos. La información es, por consiguiente, permanente.These two controllable and readable resistance states of an MTJ are therefore usable for the storage of information (high resistance or low resistance; "1" or "0"). An electric current is necessary to determine the states of high or low resistance in the MTJ. Electric power is not necessary to maintain the state of an MTJ since it is only determined by the relative orientation of the magnetization of the electrodes. The information is therefore permanent.
La información en MTJ se escribe mediante el cambio de orientación de la magnetización de una de las. capas ferromagnéticas (capa libre) respecto de la otra que se mantiene fija (capa inmovilizada). Las MRAMs comprenden conjuntos ordenados de MTJ. La orientación de la magnetización de la capa libre es habitualmente controladaThe information in MTJ is written by changing the orientation of the magnetization of one of the. ferromagnetic layers (free layer) with respect to the other that remains fixed (immobilized layer). MRAMs comprise ordered sets of MTJ. The orientation of the magnetization of the free layer is usually controlled
HOJA Di£ REEMPLAZO (Regia 26) por un campo magnético externo creado por un par de hilos conductores (línea de bit y línea de palabra).SHEET Di £ REPLACEMENT (Regia 26) by an external magnetic field created by a pair of conductive wires (bit line and word line).
La Fig. IC muestra esquemáticamente una MRAM donde la información puede ser memorizada creando un campo magnético en diferentes puntos de la matriz mediante las intersecciones de conductores eléctricos. Por ejemplo, para escribir un "1" en la posición 160, se crean una corriente 153 en el conductor 152 y una corriente 155 en el conductor 154 para crear un campo máximo en la posición 160.Fig. IC schematically shows an MRAM where the information can be memorized by creating a magnetic field at different points in the matrix through the intersections of electrical conductors. For example, to write a "1" in position 160, a current 153 is created in conductor 152 and a current 155 in conductor 154 to create a maximum field in position 160.
Estas MRAMs necesitan potencia eléctrica para ser modificadas ya que necesitan una corriente eléctrica para crear el campo magnético (conocido como campo de Oersted) que se aplicará en un punto del dispositivo. Inherente al uso de corrientes eléctricas para la creación de campos magnéticos, también existe un calentamiento por efecto Joule. La disipación de energía es un inconveniente en términos de consumo eléctrico de una fuente de energía y una limitación en el grado de integración de las MTJ en las MRAM.These MRAMs need electrical power to be modified since they need an electric current to create the magnetic field (known as the Oersted field) that will be applied at a point on the device. Inherent in the use of electric currents for the creation of magnetic fields, there is also a Joule heating. Energy dissipation is an inconvenience in terms of electrical consumption of an energy source and a limitation on the degree of integration of MTJs into MRAMs.
Y como se muestra en la Fig. IC, cuando se introducen las corrientes 153 y 155 para la creación del campo magnético en la posición 160 de la MRAM, también resultan afectadas las posiciones próximas 161, 162, 163 y 164 de la MRAM, cambiando también su magnetización (problema conocido en la literatura como crosstalk).And as shown in Fig. IC, when currents 153 and 155 are introduced for the creation of the magnetic field at position 160 of the MRAM, the next positions 161, 162, 163 and 164 of the MRAM are also affected, changing also its magnetization (problem known in the literature as crosstalk).
El documento WO2006/103065 divulga un elemento magnetorresistivo y un método para escribir información. El método está basado en la anunciada dependencia del exchange bias (campo de canje) entre capas adyacentes de materiales ferromagnético y magnetoeléctrico.WO2006 / 103065 discloses a magnetoresistive element and a method for writing information. The method is based on the announced dependence of the exchange bias (exchange field) between adjacent layers of ferromagnetic and magnetoelectric materials.
El enfriar un material magnetoeléctrico más allá de su temperatura de orden antiferromagnético (TN) bajo la aplicación simultánea de campos eléctricos y magnéticos permite la modificación de las condiciones de contomo antiferromagnéticas y, por consiguiente, del exchange bias. El producto de las intensidades de campo de los dos campos durante el enfriamiento determina la capacidad de modificar las condiciones de contomo antiferromagnéticas. Una característica del elemento magnetorresistivo descrito en el documento WO2006/ 103065 es la necesidad deThe cooling of a magnetoelectric material beyond its temperature of antiferromagnetic order (TN) under the simultaneous application of electric and magnetic fields allows the modification of the conditions of antiferromagnetic contom and, consequently, of the exchange bias. The product of the field strengths of the two fields during cooling determines the ability to modify the antiferromagnetic contome conditions. A characteristic of the magnetoresistive element described in WO2006 / 103065 is the need to
HOJA DΞ REEMPLAZO (Regla 26) mantener el campo eléctrico durante el enfriamiento conllevando al final un consumo de energía.REPLACEMENT SHEET (Rule 26) maintain the electric field during cooling, leading to energy consumption in the end.
RESUMEN DE LA INVENCIÓNSUMMARY OF THE INVENTION
Uno de los objetivos de esta invención es proporcionar un dispositivo que supere estas limitaciones (disipación y consumo de energía, así como el crosstalk inducido) y proponer una nueva estrategia para controlar el estado magnético de este dispositivo magnético.One of the objectives of this invention is to provide a device that overcomes these limitations (dissipation and energy consumption, as well as induced crosstalk) and propose a new strategy to control the magnetic state of this magnetic device.
Otro objetivo de esta invención es proporcionar un dispositivo magnetoeléctrico donde el estado magnético, por lo menos en una parte del mismo, sea controlado por métodos de bajo consumo energético.Another objective of this invention is to provide a magnetoelectric device where the magnetic state, at least in a part thereof, is controlled by low energy consumption methods.
Otro objetivo de esta invención es proporcionar un método para escribir información no volátil en el dispositivo magnetoeléctrico.Another object of this invention is to provide a method for writing non-volatile information in the magnetoelectric device.
Según un primer aspecto de la presente invención, esta invención se refiere a un dispositivo que comprende como mínimo una capa ferromagnética y un elemento, acoplado mediante exchange bias con la capa ferromagnética en por lo menos una parte a través de una interfase, para controlar el estado magnético de la capa ferromagnética en la zona de acoplamiento mediante un campo eléctrico aplicado por lo menos en el elemento formado por un material con las características ferroeléctricas y antiferromagnéticas acopladas.According to a first aspect of the present invention, this invention relates to a device comprising at least one ferromagnetic layer and an element, coupled by exchange with the ferromagnetic layer in at least one part through an interface, to control the magnetic state of the ferromagnetic layer in the coupling zone by means of an electric field applied at least to the element formed by a material with the coupled ferroelectric and antiferromagnetic characteristics.
Se entiende por exchange bias, también llamado campo de canje, un campo magnético que existe en la interfase entre un material ferromagnetético y uno antiferromagnético.Exchange bias, also called an exchange field, is a magnetic field that exists at the interface between a ferromagnetic and an antiferromagnetic material.
Gracias al acoplamiento de las propiedades ferroeléctricas y antiferromagnéticas del elemento, la estructura de dominios ferromagnéticos del material puede ser modificada cuando se modifica la estructura de dominios ferroeléctricos de dicho material; en particular cuando se cambia el estado de polarización ferroeléctrica, es decir, cuando se aplica un campo eléctrico.Thanks to the coupling of the ferroelectric and antiferromagnetic properties of the element, the structure of ferromagnetic domains of the material can be modified when the structure of ferroelectric domains of said material is modified; in particular when the state of ferroelectric polarization is changed, that is, when an electric field is applied.
HOJA OZ REEMPLAZO (Regia 26) En la presente invención, aprovechando el acoplamiento por exchange bias de la capa ferromagnética con el elemento, el estado magnético de la capa ferromagnética se modifica mediante un campo eléctrico, lo que permite escribir información mediante un campo eléctrico.OZ REPLACEMENT SHEET (Regia 26) In the present invention, taking advantage of the exchange by bias of the ferromagnetic layer with the element, the magnetic state of the ferromagnetic layer is modified by an electric field, which allows information to be written by an electric field.
Gracias a esta invención, la magnetización de la capa ferromagnética se controla mediante un campo eléctrico y no mediante un campo magnético.Thanks to this invention, the magnetization of the ferromagnetic layer is controlled by an electric field and not by a magnetic field.
Ningún campo de Oersted es necesario ni tampoco ninguna corriente eléctrica; por lo que se evita calentamiento por efecto Joule.No Oersted field is necessary nor is there any electric current; So warming by Joule effect is avoided.
Además, la energía requerida para cambiar el estado magnético de la capa ferromagnética es radicalmente inferior en esta invención a la energía requerida para crear una corriente susceptible de crear un campo magnético para cambiar la magnetización de la capa ferromagnética.In addition, the energy required to change the magnetic state of the ferromagnetic layer is radically inferior in this invention to the energy required to create a current capable of creating a magnetic field to change the magnetization of the ferromagnetic layer.
A mayor abundamiento, como el campo eléctrico puede ser aplicado de forma local y no son requeridas líneas de bit y de palabra para conducir la corriente a través por ejemplo de una red de MTJ en una MRAM, la precisión en la localización donde se produce el cambio de magnetización en la capa ferromagnética es mucho mayor en esta invención además de reducir el problema de crosstalk.To a greater extent, as the electric field can be applied locally and bit and word lines are not required to drive the current through for example an MTJ network in an MRAM, the precision in the location where the Magnetization change in the ferromagnetic layer is much greater in this invention in addition to reducing the problem of crosstalk.
Es esencial de cara a la explotación óptima del carácter multiferroico de un material que sus propiedades ferroicas (magnéticas y eléctricas en el presente contexto) estén acopladas y, eventualmente, ancladas.It is essential for the optimal exploitation of the multiferroic character of a material that its ferroic properties (magnetic and electrical in the present context) are coupled and, eventually, anchored.
En una realización, el material comprendido en el elemento es la fase hexagonal de YMnO3 que presenta ancladas las propiedades antiferromagnéticas y ferromagnéticas. Cualquier otro material multiferroico presentando anclaje o un acoplamiento fuerte entre las propiedades magnéticas y ferroeléctricas podrían ser usados como alternativa en otras realizaciones. Por ejemplo, se podría utilizar óxidos RMnO3 donde R puede ser cualquier elemento de Ho a Lu, Y o Sc) en fase hexagonal o óxidos en faseIn one embodiment, the material comprised in the element is the hexagonal phase of YMnO 3 that has the antiferromagnetic and ferromagnetic properties anchored. Any other multiferroic material presenting anchorage or a strong coupling between the magnetic and ferroelectric properties could be used as an alternative in other embodiments. For example, RMnO 3 oxides could be used where R can be any element from Ho to Lu, Y or Sc) in hexagonal phase or oxides in phase
HOJA DΞ REEMPLAZO (Regla 26) ortorrómbica como por ejemplo TbMnO3 u otros óxidos que no contengan manganeso como por ejemplo BiFeO3.REPLACEMENT SHEET (Rule 26) orthorhombic such as TbMnO 3 or other oxides that do not contain manganese such as BiFeO 3 .
En una realización, la primera capa ferromagnética está incluida en una estructura de tipo GMR o MTJ con una segunda capa ferromagnética separada de la primera por una capa intermedia. Por ejemplo, estas tres capas formarían dispositivos de GMR o MTJ. En otra realización, la primera capa ferromagnética del material está incluida en un sensor magnetorresistivo basado en magnetorresistencia anisotrópica (AMR).In one embodiment, the first ferromagnetic layer is included in a GMR or MTJ type structure with a second ferromagnetic layer separated from the first by an intermediate layer. For example, these three layers would form GMR or MTJ devices. In another embodiment, the first ferromagnetic layer of the material is included in a magnetoresistive sensor based on anisotropic magnetoresistance (AMR).
Un dispositivo en relación con el primer aspecto de la invención puede incluir dos electrodos metálicos adecuados para la aplicación de un campo eléctrico E a través del elemento. Como la primera capa ferromagnética puede ser conductora eléctrica, uno de los electrodos puede estar conectado a esta primera capa ferromagnética y el otro directamente al elemento.A device in relation to the first aspect of the invention may include two metal electrodes suitable for the application of an electric field E through the element. Since the first ferromagnetic layer can be electrically conductive, one of the electrodes can be connected to this first ferromagnetic layer and the other directly to the element.
Un segundo aspecto de esta invención se refiere a un método para escribir información no volátil mediante la aplicación de un campo eléctrico al dispositivo según el primer aspecto de la invención. El método comprende las siguientes etapas:A second aspect of this invention relates to a method for writing non-volatile information by applying an electric field to the device according to the first aspect of the invention. The method comprises the following stages:
a) calentamiento del dispositivo en presencia de un campo magnético, b) enfriamiento del dispositivo en presencia de un campo magnético sin aplicar ningún campo eléctrico explotando la intrínseca anisotropía de un material ferroeléctrico, c) escritura de la información mediante la aplicación de un campo eléctrico por lo menos en el elemento después del enfriamiento para modificar el estado magnético de la primera capa ferromagnética.a) heating the device in the presence of a magnetic field, b) cooling the device in the presence of a magnetic field without applying any electric field by exploiting the intrinsic anisotropy of a ferroelectric material, c) writing the information by applying an electric field at least in the element after cooling to modify the magnetic state of the first ferromagnetic layer.
Gracias a esta invención, sólo es necesario un campo eléctrico durante la escritura después del enfriamiento, y no siendo necesario ningún campo eléctrico durante el enfriamiento, reduciendo el consumo de potencia eléctrica en el proceso de almacenamiento de información.Thanks to this invention, only one electric field is required during writing after cooling, and no electric field is necessary during cooling, reducing the consumption of electric power in the information storage process.
DESCRIPCIÓN BREVE DE LAS FIGURASBRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES
HOJA DU REEMPLAZO (Regla 26) Estos y otros aspectos de la invención están aclarados y descritos posteriormente con referencias a las realizaciones descritas mediante ejemplos con referencia a las figuras adjuntas en las que: - las Figuras IA y Fig. IB representan dos esquemas de dispositivos GMR básicos ya existentes,REPLACEMENT SHEET (Rule 26) These and other aspects of the invention are clarified and described later with references to the embodiments described by means of examples with reference to the attached figures in which: - Figures IA and Fig. IB represent two schemes of already existing basic GMR devices,
- la Figura IC es un ejemplo de una red de conexiones de una MRAM ya existente,- Figure IC is an example of a connection network of an existing MRAM,
- la Figura 2 muestra un esquema de un dispositivo en acuerdo con la invención,- Figure 2 shows a diagram of a device according to the invention,
- la Figura 3 muestra una representación gráfica del momento magnético obtenido en una capa ferromagnética de un dispositivo conforme a esta invención frente a un campo magnético dependiendo de una tensión aplicada,- Figure 3 shows a graphic representation of the magnetic moment obtained in a ferromagnetic layer of a device according to this invention against a magnetic field depending on an applied voltage,
- la Figura 4 muestra una representación gráfica de la dependencia de la resistencia eléctrica de una capa ferromagnética de un dispositivo según la invención en función de diversos parámetros.- Figure 4 shows a graphic representation of the dependence of the electrical resistance of a ferromagnetic layer of a device according to the invention according to various parameters.
DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LAS REALIZACIONES PREFERIDASDETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS
La figura 2 es una representación esquemática de una realización de la invención. Una capa ferromagnética (202) está acoplada con un elemento (204) que es, en esta realización, una capa de YMnÜ3 en fase hexagonal, ejemplo de un material que presenta simultáneamente orden antiferromagnético (AF) y orden ferroeléctrico (FE).Figure 2 is a schematic representation of an embodiment of the invention. A ferromagnetic layer (202) is coupled with an element (204) which is, in this embodiment, a layer of YMnÜ 3 in hexagonal phase, an example of a material that simultaneously presents antiferromagnetic order (AF) and ferroelectric order (FE).
La fase hexagonal de YMnO3 ha sido usada como ejemplo de un material biferroico para crear una capa que es - en esta realización - el elemento de la invención. En material en masa, la fase hexagonal de YMnO3 es ferroeléctrica hasta 900 K y presenta orden antiferromagnético a baja temperatura (TN ~ 90 K). En monocristales de YMnO3 los dominios AF y FE están anclados.The hexagonal phase of YMnO 3 has been used as an example of a biferroic material to create a layer that is - in this embodiment - the element of the invention. In mass material, the hexagonal phase of YMnO 3 is ferroelectric up to 900 K and presents antiferromagnetic order at low temperature (T N ~ 90 K). In YMnO 3 monocrystals the AF and FE domains are anchored.
El orden AF del YMnO3 es usado para fijar el estado magnético de una capa ferromagnética (FM) y explotar sus propiedades ferroeléctricas y el anclaje entre los órdenes AF y FE para controlar las propiedades de la capa FM.The AF order of YMnO 3 is used to set the magnetic state of a ferromagnetic layer (FM) and exploit its ferroelectric properties and the anchor between the AF and FE orders to control the properties of the FM layer.
HOJΛ DS REMPLAZO (Reala 26) En una realización, una capa de NiFe (Permalloy, Py) se usa como capa FM (202) y se acopla (via exchange bias) con una capa delgada AF epitaxial de YMnC>3 hexagonal con textura (0001) que muestra comportamiento FE y polarización remanente a lo largo de la dirección [0001]. Otros materiales como CoFeB pueden ser usados como alternativa.SHEET DS RE M DEADLINE (Reala 26) In one embodiment, a layer of NiFe (Permalloy, Py) is used as the FM layer (202) and is coupled (via exchange bias) with a thin epitaxial YMnC> 3 hexagonal textured layer (0001) that shows FE and Remaining polarization along the direction [0001]. Other materials such as CoFeB can be used as an alternative.
Está aceptado que el exchange bias en la interfase 208 entre los materiales FM y AF está asociado con la existencia de una magnetización neta en la superficie del material AF y con la presencia de una anisotropía magnética unidireccional que fija la magnetización de una capa contigua de material FM.It is accepted that the exchange bias at interface 208 between FM and AF materials is associated with the existence of a net magnetization on the surface of the AF material and with the presence of a unidirectional magnetic anisotropy that fixes the magnetization of a contiguous layer of material FM
Como consecuencia, cuando el campo magnético es aplicado paralelo a la interfase, la magnetización de la capa FM no sigue (ignorando la anisotropía de la capa FM 202) al campo externo H3, pero sí al vector suma Ha+Heb, donde Heb es el campo de exchange bias.As a consequence, when the magnetic field is applied parallel to the interface, the magnetization of the FM layer does not follow (ignoring the anisotropy of the FM layer 202) to the external field H 3 , but to the vector adds H a + H eb , where H eb is the field of exchange bias.
Este comportamiento y, en consecuencia, la presencia de una campo de exchange bias es evidenciada de forma habitual mediante un desplazamiento a lo largo del eje de campo magnético aplicado de los ciclos de histéresis magnética de la capa FM 202.This behavior and, consequently, the presence of an exchange bias field is evidenced on a regular basis by a displacement along the applied magnetic field axis of the magnetic hysteresis cycles of the FM 202 layer.
De todos modos, también modifica de forma dramática otras propiedades como la dependencia angular de la magnetorresistencia anisotrópica (AMR) de la capa FM 202 cuando se rota el campo magnético externo; de este modo, el exchange bias, Het>, puede ser monitorizado y cuantificado mediante la medida de la dependencia angular de la resistencia eléctrica de la capa FM mientras se rota en el plano el campo magnético aplicado, H3, respecto la dirección de la corriente. De forma similar, la resistencia eléctrica del sensor AMR variará si el campo H,*, presente se modifica.However, it also dramatically modifies other properties such as the angular dependence of the anisotropic magnetoresistance (AMR) of the FM 202 layer when the external magnetic field is rotated; in this way, the exchange bias, H et> , can be monitored and quantified by measuring the angular dependence of the electrical resistance of the FM layer while rotating the applied magnetic field, H 3 , in relation to the direction of the current. Similarly, the electrical resistance of the AMR sensor will vary if the H, * field present is modified.
Experimentalmente, el exchange bias entre un elemento multiferroico (por ejemplo, YMnO3) y una capa FM (por ejemplo, Py) podría controlarse en función de la aplicación de un campo eléctrico a través del elemento multiferroico.Experimentally, the exchange between a multiferroic element (for example, YMnO 3 ) and an FM layer (for example, Py) could be controlled depending on the application of an electric field through the multiferroic element.
Para aplicar un campo eléctrico a través del elemento multiferroico, dos electrodos metálicos 210 y 212 son necesarios. Para este fin, una capa delgada epitaxial deTo apply an electric field through the multiferroic element, two metal electrodes 210 and 212 are necessary. For this purpose, a thin epitaxial layer of
HCJA DE REEMPLAZO (Rs^a CS) elemento multiferroico (por ejemplo, YMnOs) se sitúa entre dos electrodos metálicos. En una realización, capas delgadas de Pt y Py actúan como electrodos metálicos.REPLACEMENT HCJA (Rs ^ a CS) Multiferroic element (for example, YMnOs) is placed between two metal electrodes. In one embodiment, thin layers of Pt and Py act as metal electrodes.
En una realización, se realiza el crecimiento de capas delgadas de YMnO3(OOOl) hexagonal con espesor de 90 nm mediante ablación láser en substratos SrTiO3(I I l) recubiertos con una capa delgada de Pt de espesor 8 nm en el rol de electrodo metálico.In one embodiment, the growth of thin layers of hexagonal YMnO 3 (OOOl) with a thickness of 90 nm is carried out by laser ablation on SrTiO 3 (II l) substrates coated with a thin layer of Pt of thickness 8 nm in the electrode role metal.
Esta heteroestructura es posteriormente recubierta con una capa delgada de Py (espesor de 15 nm). Los espectros de difracción de rayos-X indican que las capas de Pt y YMnO3 son epitaxiales con textura ( 111 ) y (0001 ), respectivamente.This heterostructure is subsequently coated with a thin layer of Py (15 nm thickness). X-ray diffraction spectra indicate that the layers of Pt and YMnO 3 are textured epitaxials (111) and (0001), respectively.
Durante el crecimiento de la capa de YMnO3 se puede usar una máscara para cubrir parcialmente el electrodo inferior de Pt para un futuro contacto.During the growth of the YMnO 3 layer a mask can be used to partially cover the lower Pt electrode for future contact.
Los ciclos de histéresis pueden ser medidos para confirmar la existencia del campo Heb actuando sobre el Py.Hysteresis cycles can be measured to confirm the existence of the He b field acting on the Py.
La figura 3 es una representación gráfica del momento magnético m de la capa FM 202 de Py en ordenadas frente a un campo magnético H. Las medidas se han realizado con una temperatura de 2 K después de haber enfriado un conjunto YMn=3/Py bajo un campo magnético de 3 kOe. Se muestran dos ciclos de histéresis: el primero, formado por círculos llenos oscuros, ha sido realizado bajo una tensión de V=O, y el segundo formado por círculos vacíos claros, bajo una tensión de 1,2 V.Figure 3 is a graphical representation of the magnetic moment m of the FM layer 202 of Py in ordinates against a magnetic field H. The measurements have been made at a temperature of 2 K after cooling a set YMn = 3 / Py under a magnetic field of 3 kOe. Two hysteresis cycles are shown: the first, formed by dark full circles, has been performed under a voltage of V = O, and the second formed by light empty circles, under a voltage of 1.2 V.
Se puede observar claramente que cambiando la tensión aplicada manteniendo el campo constante, se puede hacer variar el momento magnético de la capa Py FM 202, incluso haciendo cambiar el signo de dicho momento magnético.It can be clearly seen that by changing the applied voltage while maintaining the constant field, the magnetic moment of the Py FM 202 layer can be varied, even by changing the sign of said magnetic moment.
Así la magnetización de la capa FM 202 puede ser cambiada de signo mediante la aplicación de un campo eléctrico suficientemente intenso.Thus the magnetization of the FM layer 202 can be changed sign by applying a sufficiently intense electric field.
HQJΛ DU RcE^i3LAZO (Regla 26j En una realización, cuatro (en línea) contactos eléctricos en el Py pueden ser usados para la realización de las medidas de transporte eléctrico y magnetorresistencia anisotrópica.HQJΛ DU RcE ^ i 3 LOOP (Rule 26j In one embodiment, four (in-line) electrical contacts in the Py can be used for carrying out the electrical transport and anisotropic magnetoresistance measurements.
La presencia del campo de exchange bias sobre el Py ha sido verificada.The presence of the exchange bias field on the Py has been verified.
Contactos eléctricos adicionales en el Py y el Pt pueden ser realizados para polarizar eléctricamente la estructura PyZYMnO3ZPt.Additional electrical contacts on the Py and Pt can be made to electrically polarize the PyZYMnO 3 ZPt structure.
Usando las realizaciones descritas en el presente texto, posteriores medidas del campo de exchange bias durante la aplicación de campo eléctrico con la fuente apropiada de tensión en la estructura Py/YMnO3/Pt indican fuertes cambios en el campo de exchange bias que se traducen en cambios en la magnetización de la capa FM.Using the embodiments described herein, subsequent measurements of the exchange bias field during the application of the electric field with the appropriate voltage source in the Py / YMnO3 / Pt structure indicate strong changes in the exchange bias field that result in changes in the magnetization of the FM layer.
El campo de exchange bias de estas realizaciones y, por consiguiente, la magnetización del sistema pueden ser fuertemente modificadas mediante un campo eléctrico.The exchange field of these embodiments and, consequently, the magnetization of the system can be strongly modified by an electric field.
En una realización, la resistencia eléctrica de la capa FM, para un ángulo dado entre el campo magnético externo, Ha, y la dirección de medida de la corriente eléctrica es modificada mediante la aplicación de un campo eléctrico dado.In one embodiment, the electrical resistance of the FM layer, for a given angle between the external magnetic field, Ha, and the measurement direction of the electric current is modified by the application of a given electric field.
La Figura 4 muestra medidas experimentales realizadas en una realización de la invención: muestra la dependencia de la resistencia eléctrica (R), a 5 K, de la capa Py FM en el ángulo (θ) entre la corriente eléctrica medida y un campo magnético aplicado (en el plano de la capa delgada) de 50 Oe.Figure 4 shows experimental measurements performed in an embodiment of the invention: shows the dependence of the electrical resistance (R), at 5 K, of the Py FM layer at the angle (θ) between the measured electrical current and an applied magnetic field (in the plane of the thin layer) of 50 Oe.
Las medidas representadas en las curvas (a) and (b) han sido recogidas bajo una tensión aplicada de V=O y 1.8 V respectivamente.The measurements represented in curves (a) and (b) have been collected under an applied voltage of V = O and 1.8 V respectively.
Existe un claro y genuino efecto de campo eléctrico en el exchange bias de las estructuras YMnO3ZPy. La eliminación del exchange bias magnético mediante polarización eléctrica de la capa FE inferior de YMnO3 indica una substancial modificación de la estructura de dominios antiferromagnéticos que es controladaThere is a clear and genuine electric field effect in the exchange of YMnO 3 ZPy structures. The removal of the magnetic exchange bias by electrical polarization of the lower FE layer of YMnO 3 indicates a substantial modification of the structure of antiferromagnetic domains that is controlled
HOJA DΞ RΞir^LAZO (Regla 26) mediante campo eléctrico. El origen microscópico de este sorprendente efecto no puede ser de forma conclusiva inferida de estos experimentos.SHEET DΞ RΞir ^ LOOP (Rule 26) by electric field. The microscopic origin of this surprising effect cannot be conclusively inferred from these experiments.
Un campo eléctrico es, por consiguiente, usado para controlar el acoplamiento mediante exchange Has en estructuras AF/FM y eventualmente cambiar de signo la magnetización de la capa FM. Arquitecturas GMR o MTJ podrían ser controladas por el método descrito en el segundo aspecto de la invención.An electric field is, therefore, used to control the coupling through exchange Has in AF / FM structures and eventually change the magnetization of the FM layer. GMR or MTJ architectures could be controlled by the method described in the second aspect of the invention.
En una realización, el biferroico - AF y FE - YMnO3 en capa delgada es usado para controlar una capa FM con el último objetivo de explotar completamente su carácter FE y, en concreto, el carácter histerético.In one embodiment, the biferroic - AF and FE - YMnO 3 in thin layer is used to control an FM layer with the ultimate goal of fully exploiting its FE character and, in particular, the hysteretic character.
Esta invención puede ser usado para actuar en sensores basados en arquitecturas similares a AMR, GMR o MTJ en electrónica basada en espín.This invention can be used to act on sensors based on AMR, GMR or MTJ-like architectures in spin-based electronics.
HC JΛ DΞ REEMPLAZO (Regía 26) HC JΛ DΞ REPLACEMENT (Regía 26)

Claims

REIVINDICACIONES
1 ) Dispositivo que comprende por lo menos una primera capa ferromagnética (202) y un elemento (204) acoplado por exchange-bias a esta primera capa ferromagnética (202) por lo menos en una zona a través de una interfase (208), para controlar el estado magnético de la capa ferromagnética (202) en la zona de acoplamiento con un campo eléctrico aplicado por lo menos al elemento (204), comprendiendo dicho elemento (204) un material con las características antiferromagnéticas y ferroeléctricas ancladas.1) Device comprising at least a first ferromagnetic layer (202) and an element (204) coupled by exchange-bias to this first ferromagnetic layer (202) in at least one area through an interface (208), for controlling the magnetic state of the ferromagnetic layer (202) in the coupling zone with an electric field applied at least to the element (204), said element (204) comprising a material with anchored antiferromagnetic and ferroelectric characteristics.
2) Dispositivo según la reivindicación 1, donde el material con las características antiferromagnéticas y ferroeléctricas ancladas comprende la fase hexagonal de YMnO3, cualquier RMnO3 hexagonal donde R es un elemento de Ho a Lu, Y o Sc, TbMnO3 ortorrómbico o BiFeO3.2) Device according to claim 1, wherein the material with the anchored antiferromagnetic and ferroelectric characteristics comprises the hexagonal phase of YMnO 3 , any hexagonal NMR 3 where R is an element of Ho to Lu, Y or Sc, TbMnO 3 orthorhombic or BiFeO 3 .
3) Dispositivo según la reivindicación 1, donde la primera capa ferromagnética (202) está incluida en un sensor AMR o en una estructura GMR o MTJ con una segunda capa ferromagnética separada de la primera capa ferromagnética (202) por una capa intermedia.3) Device according to claim 1, wherein the first ferromagnetic layer (202) is included in an AMR sensor or in a GMR or MTJ structure with a second ferromagnetic layer separated from the first ferromagnetic layer (202) by an intermediate layer.
4) Dispositivo según la reivindicación 1, que comprende dos electrodos metálicos (210, 212) para la aplicación de un campo eléctrico E por lo menos a través del elemento (204).4) Device according to claim 1, comprising two metal electrodes (210, 212) for the application of an electric field E at least through the element (204).
5) Dispositivo, de acuerdo con la afirmación 2, donde la primera capa ferromagnética (202) está incluida en un sensor AMR o en una estructura GMR o MTJ con una segunda capa ferromagnética separada de la primera capa ferromagnética (202) por una capa intermedia.5) Device, according to claim 2, where the first ferromagnetic layer (202) is included in an AMR sensor or in a GMR or MTJ structure with a second ferromagnetic layer separated from the first ferromagnetic layer (202) by an intermediate layer .
6) Dispositivo según la reivindicación 2, que comprende dos electrodos metálicos6) Device according to claim 2, comprising two metal electrodes
(210, 212) para la aplicación de un campo eléctrico E por lo menos a través del elemento (204).(210, 212) for the application of an electric field E at least through the element (204).
HOJA CiΞ REEMPLAZO (Regla 26) 7) Dispositivo según la reivindicación 3, que comprende dos electrodos metálicos (210, 212) para la aplicación de un campo eléctrico E por lo menos a través del elemento (204).SHEET Ci C REPLACEMENT (Rule 26) 7) Device according to claim 3, comprising two metal electrodes (210, 212) for the application of an electric field E at least through the element (204).
8) Dispositivo según la reivindicación 5, que comprende dos electrodos metálicos8) Device according to claim 5, comprising two metal electrodes
(210, 212) para la aplicación de un campo eléctrico E por lo menos a través del elemento (204).(210, 212) for the application of an electric field E at least through the element (204).
9) Método para escribir información no volátil mediante la aplicación de un campo eléctrico en un dispositivo que comprende por lo menos una primera capa ferromagnética (202) y un elemento (204) acoplado por exchange-bias a la primera capa ferromagnética (202) por lo menos en una zona a través de una interfase (208) para controlar el estado magnético de la capa ferromagnética (202) en la zona de acoplamiento mediante un campo eléctrico aplicado por lo menos al elemento, elemento, comprendiendo el elemento un material con características antiferromagnéticas y ferroeléctricas ancladas, comprendiendo dicho método las siguientes etapas: a. calentamiento del dispositivo en presencia de un campo magnético, b. enfriamiento del dispositivo en presencia de un campo magnético sin aplicar ningún campo eléctrico explotando la intrínseca anisotropía de un material ferroeléctrico, c. escritura de la información mediante la aplicación de un campo eléctrico por lo menos en el elemento después del enfriamiento para modificar el estado magnético de la primera capa ferromagnética.9) Method for writing non-volatile information by applying an electric field in a device comprising at least a first ferromagnetic layer (202) and an element (204) coupled by exchange-bias to the first ferromagnetic layer (202) by at least in an area through an interface (208) to control the magnetic state of the ferromagnetic layer (202) in the coupling area by means of an electric field applied at least to the element, element, the element comprising a material with characteristics anchored antiferromagnetic and ferroelectric, said method comprising the following steps: a. heating of the device in the presence of a magnetic field, b. cooling of the device in the presence of a magnetic field without applying any electric field by exploiting the intrinsic anisotropy of a ferroelectric material, c. writing of the information by applying an electric field at least in the element after cooling to modify the magnetic state of the first ferromagnetic layer.
10) Método según la reivindicación 9, donde el material con las características antiferromagnéticas y ferroeléctricas ancladas comprende la fase hexagonal de YMnCh, cualquier RMnC>3 hexagonal donde R es un elemento de Ho a Lu, Y o Sc, TbMnO3 ortorrómbico o BiFeO3.10) Method according to claim 9, wherein the material with the anchored antiferromagnetic and ferroelectric characteristics comprises the hexagonal phase of YMnCh, any hexagonal RMnC> 3 where R is an element of Ho a Lu, Y or Sc, TbMnO 3 orthorhombic or BiFeO 3 .
11) Método según la reivindicación 9, donde la primera capa ferromagnética (202) está incluida en un sensor AMR o en una estructura GMR o MTJ con una11) Method according to claim 9, wherein the first ferromagnetic layer (202) is included in an AMR sensor or in a GMR or MTJ structure with a
HOJΛ DΞ REMPLAZO (Regla 26) segunda capa ferromagnética separada de la primera capa ferromagnética (202) por una capa intermedia.HOJΛ DΞ REPLACEMENT (Rule 26) second ferromagnetic layer separated from the first ferromagnetic layer (202) by an intermediate layer.
12) Método según la reivindicación 9, que comprende dos electrodos metálicos (210, 212) para la aplicación de un campo eléctrico E por lo menos a través del elemento (204).12) Method according to claim 9, comprising two metal electrodes (210, 212) for the application of an electric field E at least through the element (204).
13) Método según la reivindicación 10, donde la primera capa ferromagnética (202) está incluida en un sensor AMR o en una estructura GMR o MTJ con una segunda capa ferromagnética separada de la primera capa ferromagnética (202) por una capa intermedia.13) Method according to claim 10, wherein the first ferromagnetic layer (202) is included in an AMR sensor or in a GMR or MTJ structure with a second ferromagnetic layer separated from the first ferromagnetic layer (202) by an intermediate layer.
14) El método según la reivindicación 10, que comprende dos electrodos metálicos (210, 212) para la aplicación de un campo eléctrico E por lo menos a través del elemento (204).14) The method according to claim 10, comprising two metal electrodes (210, 212) for the application of an electric field E at least through the element (204).
15) El método según la reivindicación 11, que comprende dos electrodos metálicos (210, 212) para la aplicación de un campo eléctrico E por lo menos a través del elemento (204).15) The method according to claim 11, comprising two metal electrodes (210, 212) for the application of an electric field E at least through the element (204).
16) El método según la reivindicación 13, que comprende dos electrodos metálicos (210, 212) para la aplicación de un campo eléctrico E por lo menos a través del elemento (204).16) The method according to claim 13, comprising two metal electrodes (210, 212) for the application of an electric field E at least through the element (204).
HOJA DE REEMPLAZO (Regla 26) REPLACEMENT SHEET (Rule 26)
PCT/ES2007/000427 2007-07-13 2007-07-13 Magnetoelectric device and method for writing non-volatile information on said device WO2009010595A1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/ES2007/000427 WO2009010595A1 (en) 2007-07-13 2007-07-13 Magnetoelectric device and method for writing non-volatile information on said device

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
PCT/ES2007/000427 WO2009010595A1 (en) 2007-07-13 2007-07-13 Magnetoelectric device and method for writing non-volatile information on said device

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2009010595A1 true WO2009010595A1 (en) 2009-01-22

Family

ID=40259333

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/ES2007/000427 WO2009010595A1 (en) 2007-07-13 2007-07-13 Magnetoelectric device and method for writing non-volatile information on said device

Country Status (1)

Country Link
WO (1) WO2009010595A1 (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8300454B2 (en) 2010-09-17 2012-10-30 Micron Technology, Inc. Spin torque transfer memory cell structures and methods
US8310868B2 (en) 2010-09-17 2012-11-13 Micron Technology, Inc. Spin torque transfer memory cell structures and methods
US8358534B2 (en) 2010-09-17 2013-01-22 Micron Technology, Inc. Spin torque transfer memory cell structures and methods
US9666639B2 (en) 2010-09-17 2017-05-30 Micron Technology, Inc. Spin torque transfer memory cell structures and methods

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2006103065A1 (en) * 2005-03-30 2006-10-05 Universität Duisburg-Essen Magnetoresistive element in particular memory element or logic element and method for writing information to such an element

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2006103065A1 (en) * 2005-03-30 2006-10-05 Universität Duisburg-Essen Magnetoresistive element in particular memory element or logic element and method for writing information to such an element

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
FIEBIG M. ET AL.: "Magnetoelectric effects in multiferroic manganites", JOURNAL OF MAGNETISM AND MAGNETIC MATERIALS, vol. 290-291, April 2005 (2005-04-01), pages 883 - 890, XP004799099, DOI: doi:10.1016/j.jmmm.2004.11.282 *
HARRIS A.B. AND LAWES G.: "Ferroelectricity in Incommensurate Magnets", ARXIV.ORG CORNELL UNIVERSITY LIBRARY, CONDESED MATTER. MATERIALS SCIENCE. ARXIV:COND-MAT/0508617V1, Retrieved from the Internet <URL:http://www.arxiv.org/abs/cond-mat/0508617v1> *
LOTTERSMOSER T. ET AL.: "Magnetic phase control by an electric field", NATURE, vol. 430, 29 July 2004 (2004-07-29), pages 541 - 544 *
WANG J. ET AL.: "Exitaxial BiFeO3 Multiferroic Thin Film Heterostructures", SCIENCE, vol. 299, no. 5631, 14 March 2003 (2003-03-14), pages 1719 - 1722, Retrieved from the Internet <URL:http://www.sciencemag.org/cgi/content/abstract/299/5613-1719?ck=nck> *

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8300454B2 (en) 2010-09-17 2012-10-30 Micron Technology, Inc. Spin torque transfer memory cell structures and methods
US8310868B2 (en) 2010-09-17 2012-11-13 Micron Technology, Inc. Spin torque transfer memory cell structures and methods
US8358534B2 (en) 2010-09-17 2013-01-22 Micron Technology, Inc. Spin torque transfer memory cell structures and methods
US8472244B2 (en) 2010-09-17 2013-06-25 Micron Technology, Inc. Spin torque transfer memory cell structures and methods
US8767455B2 (en) 2010-09-17 2014-07-01 Micron Technology, Inc. Spin torque transfer memory cell structures and methods
US8804414B2 (en) 2010-09-17 2014-08-12 Micron Technology, Inc. Spin torque transfer memory cell structures and methods
US9666639B2 (en) 2010-09-17 2017-05-30 Micron Technology, Inc. Spin torque transfer memory cell structures and methods

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US7573734B2 (en) Magnetoelectric device and method for writing non-volatile information into said magnetoelectric device
US7149106B2 (en) Spin-transfer based MRAM using angular-dependent selectivity
US8514618B2 (en) Magnetic random access memory cell with improved dispersion of the switching field
US7719883B2 (en) Magnetoresistive element, particularly memory element or logic element, and method for writing information to such an element
US8045366B2 (en) STRAM with composite free magnetic element
EP2466586B1 (en) Multibit magnetic random access memory cell with improved read margin
EP3001470B1 (en) Antiferromagnetic memory device
CN103392245A (en) Writeable magnetic element
US9576635B2 (en) Thermally-assisted magnetic writing device
US20070096228A1 (en) Magnetoelectronic devices based on colossal magnetoresistive thin films
US8503225B2 (en) Multibit cell with synthetic storage layer
US8885397B2 (en) Self-referenced MRAM cell with optimized reliability
WO2009010595A1 (en) Magnetoelectric device and method for writing non-volatile information on said device
US8958240B2 (en) Magnetic device with thermally-assisted switching
JP5151503B2 (en) Magnetic device and magnetic memory
US8519495B2 (en) Single line MRAM
WO2011143356A1 (en) Magnetic random access memory device
JP2009200260A (en) Magnetic device and magnetic memory
CN110335940B (en) Giant magnetoresistive device, magnetic tunnel junction structure and electronic apparatus including the same
KR20120130737A (en) Multibit Cell with Synthetic Storage Layer
JP4742490B2 (en) Magnetic memory
US9875781B2 (en) Method for writing to a MRAM device configured for self-referenced read operation with improved reproducibly
Samofalov et al. Features of remagnetization processes in stripes of multilayer films with crossed easy axes of magnetization and prospects of their applications
Ahn et al. Magnetoresistive Properties of Array IrMn Spin Valves Devices

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 07803631

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 07803631

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1