Nytt spinn på gammal dröm

– Det här är inte jättemagnetresistans, som tilldrog sig ett nobel­pris år 2007, utan nästa steg som vi kallar tunnelmagnetresistans, som är mycket effektivare. Mram är nu en kommersiell produkt och vi har gått vidare med nästa, ännu mera fascinerande ämne, säger Johan Åkerman.

Alltihop börjar med kiselskivor (wafers) som används som grund för uppbyggnaden av kretsarna. Den spinntroniska kretsen är inte halvledande i sig, men i kislet kan man lägga tillbehörskretsar som olika förstärkare och drivkretsar och ansluta dem till spinntroniken.

Mikrovågor kan genereras med något som kallas spin torque (spinnvridmoment), som fungerar omvänt mot jättemagnetresistansen. I jättemagnetresistans använder man två magnetiska lager som man skickar en ström igenom. Resistansen mellan lagren blir hög eller låg beroende på om de båda lagrens magnetisering pekar med eller mot varandra, vilket beror på att elektronerna måste ställa in sig efter den lokala magnetiseringen där de flyter fram.

Det är bökigt för en elektron att gå genom ett material där magnetiseringens riktning ändras (hög resistans), medan det blir enklare (låg resistans) om de båda magnetiseringarna pekar åt samma håll. Gör man emellertid komponenterna väldigt små, i nanometerområdet, och drar på högre ström får man den motsatta effekten, nämligen att elektronerna vrider den befintliga magnetiseringen i stället.

En sputterkammare används för att lägga på tunna skikt av olika metaller på kiselskivorna. Metallerna finns från början i form av små skivor inuti sputterkanoner. Kammaren har sju sådana kanoner (monterade under bordet), som innehåller olika grundämnen eller legeringar, som guld, palladium, koppar, nickel eller nickel-järn (perm­alloy). Principen är att man joniserar argongas i sputterkanonen till ett plasma som får bombardera den lilla biten grundämne, så att atom­er av ämnet lossnar och diffunderar upp mot substratet, kiselskivan, och deponeras där, atom för atom. Vanliga skikttjocklekar på kislet är 6–20 nanometer.

Värt ett nobelpris

– Detta kallar man för spin torque switching. Här kan vi för första gången visa att man kan vrida en magnet med något annat än ett magnetfält och det känner jag är precis lika revolutionerande och lika värt ett nobelpris som jättemagnetresistansen var, säger Johan Åkerman.

Man kan alltså skriva minnet med en ström i stället för ett magnetfält som i mram, och läsa av det genom dess tunnelmagnetresistans. Det kommer att resultera i spin torque mram väldigt snart.

All tillverkning av spinntroniska kretsar sker vid Sveriges två största renrum, KTH:s Electrum i Kista (bilden) och Chalmers MC2 i Göteborg.

– Men vi har gått vidare och fått det fria lagret att rotera, i stället för att bara inta en av två riktningar. Lagrets magnetfält snurrar vid mikrovågsfrekvenser. Resistansen hos komponenten kommer alltså att ändras i takt med magnetiseringens rotation och vi har fått en oscillator som genererar en sinusvåg i mikrovågsområdet, säger Johan Åkerman.