Трое физиков из Виргинского университета Содружества составили теоретическое описание наноразмерного магнитного элемента, изменяющего хранимое им значение бита при подаче чрезвычайно малого напряжения.

«Обычное» устройство вроде полевого МОП-транзистора переключается путём введения в активную область (или извлечения из неё) некоторого заряда ΔQ с приложением градиента потенциала ΔV; это ведёт к неизбежному рассеянию энергии ΔQ•ΔV. Использование спина для представления битов кажется более выгодным, поскольку спиновые элементы обходятся без перемещений заряда.

К сожалению, все теоретические преимущества однодоменного наномагнита — совокупности совместно переворачивающихся спинов — сводят на нет неэффективные методы изменения его состояния: обычно энергия, рассеиваемая в переключающей схеме, намного превосходит рассеиваемую в магните. Такое соотношение наблюдается и при переключении с помощью магнитного поля, создаваемого током, и при использовании поляризованного по спину тока, который вызывает перенос спинового момента или перемещение доменных стенок. Относительно эффективным считается только последний механизм, поскольку он позволяет переключить наномагнит за 2 нс с небольшим рассеянием энергии в 104–105 kT (произведение постоянной Больцмана k на температуру, напомним, может играть роль единицы энергии, при T = 25 ˚C соответствующей 4,11•10–21 Дж).

Недавно был предложен новый способ поворачивания намагниченности в элементе, включающем магнитострикционный и пьезоэлектрический слои: необходимо приложить электростатический потенциал к пьезослою и добиться его деформирования, после чего эта деформация естественным образом передаётся более тонкому магнитострикционному участку, который изменяет состояние намагниченности. Подобная схема проверялась в эксперименте и доказала свою работоспособность.

Авторы рассмотрели модель такого наномагнита с 10-нанометровым магнитострикционным слоем, выполненным из терфенола-Д, и пьезоэлектрическим слоем из цирконата-титаната свинца толщиной в 40 нм. Магнит имел эллиптическое сечение с большой осью в ~102 нм и малой осью в ~98 нм, и два направления намагниченности, параллельные большой оси, считались стабильными и кодировали значения «0» и «1». Высота энергетического барьера, разделяющего эти две ориентации, была принята равной 0,8 эВ (при комнатной температуре — 32 kT).