Исследовательская группа Токийского технологического института (Tokyo Tech), возглавляемая Фам Нам Хаем (Pham Nam Hai), совершила прорыв в технологиях топологической спинтроники, получив из сплава висмута и сурьмы топологический изолятор, одновременно демонстрирующий колоссальный спиновый эффект Холла и высокую электрическую проводимость.

Авторы, рассказавшие о своей работе в журнале Nature Materials, считают созданный ими лучший в мире источник чистого спинового тока наиболее вероятным кандидатом на первое промышленное приложение топологических изоляторов — высокоскоростную и сверхплотную энергонезависимую память SOT-MRAM (Spin-Orbit Torque Magnetoresistive Random-Access Memory) для устройств Интернета Вещей (IoT).

Для тонких плёнок BiSb авторами были зарегистрированы угол колоссального спинового эффекта Холла примерно 52, проводимость 2,5×10⁵ и спиновая проводимость Холла 1,3×10⁷ при комнатной температуре. Последний параметр оказался на два порядка выше, чем измеренный у селенида висмута в 2014 г.

До сих пор в поисках подходящего материала для памяти следующего поколения, SOT-MRAM, разработчики сталкивались с дилеммой. Тяжёлые металлы (платина, тантал, вольфрам) имеют высокую электропроводность, но слабый спиновый эффект Холла. Топологические изоляторы, известные до последнего времени, наоборот, имели большой спиновый эффект Холла, но низкую проводимость.

Тонкие плёнки BiSb, полученные методом молекулярно-лучевой эпитаксии, удовлетворяют обоим критериям при комнатной температуре. Их применение даёт SOT-MRAM реальную возможность превзойти по рабочим характеристикам магниторезистивную память, основанную на существующей технологии переноса спинового момента (Spin-Transfer Torque, STT).

«SOT-MRAM может переключаться на порядок быстрее, чем STT-MRAM, и энергия коммутации может быть уменьшена, по крайней мере, на два порядка, — говорит Фам. — Кроме того, скорость записи может быть повышена в 20 раз, а битовая плотность — увеличена в десять раз».

Если эту технологию получится успешно масштабировать, SOT-MRAM на основе BiSb сможет значительно превзойти свои аналоги на тяжёлых металлах и даже составить конкуренцию DRAM — доминирующей технологии памяти современности.