EP1864290A1 - Magnetoresistives element, insbesondere speicherelement oder logikelement, und verfahren zum schreiben von informationen in ein derartiges element - Google Patents

Magnetoresistives element, insbesondere speicherelement oder logikelement, und verfahren zum schreiben von informationen in ein derartiges element

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EP1864290A1
EP1864290A1 EP06723859A EP06723859A EP1864290A1 EP 1864290 A1 EP1864290 A1 EP 1864290A1 EP 06723859 A EP06723859 A EP 06723859A EP 06723859 A EP06723859 A EP 06723859A EP 1864290 A1 EP1864290 A1 EP 1864290A1
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EP
European Patent Office
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layer
contact
magnetic
antiferromagnetic
polarization
Prior art date
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Withdrawn
Application number
EP06723859A
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English (en)
French (fr)
Inventor
Xi Chen
Andreas Hochstrat
Wolfgang Kleemann
Pavel Borisov
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Universitaet Duisburg Essen
Original Assignee
Universitaet Duisburg Essen
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Filing date
Publication date
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Withdrawn legal-status Critical Current

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    • H10N50/80—Constructional details
    • H10N50/85—Magnetic active materials

Definitions

  • Magnetoresistive element in particular memory element or logic element, and method for writing information in such an element
  • the present invention relates to a magnetoresistive element, in particular a memory element or logic element, a structure formed therefrom, a method for writing information in such an element and a use of an exchange bias system for information storage.
  • GMR giant magnetoresistance
  • TMR tunnel magnetoresistance
  • the GMR is usually used in purely metallic structures and the TMR in structures with an oxide tunnel barrier between two ferromagnetic metal layers.
  • TMR structures are used for electronically readable magnetic memories (MRAMs), while the GMR is used commercially, above all in magnetic field sensors and in fixed-head probes.
  • MRAMs electronically readable magnetic memories
  • the present invention relates to such a magnetoresistive or other element in which at least one information is present or can be stored in magnetic form.
  • the writing of information-that is to say a magnetic polarization or magnetization- is usually effected by a corresponding magnetization field which is generated electromagnetically.
  • the polarity of the magnetic field is varied depending on the information.
  • Disadvantageous or pro- The problem here is that focusing the magnetic field in relation to a high packing density is difficult or expensive, and that relatively high electrical currents are required for generating and varying the magnetic field during writing and lead to a high undesired loss of heat.
  • No. 6,483,741 B1 relates to the remagnetization of a material having magnetic anisotropy, for example in an MRAM, by applying a magnetic pulse or a driving force transversely to the original magnetization direction.
  • the pulse or drive force is generated either by the piezoelectric effect or by varying the interaction of the material with another magnetic material via a control layer.
  • the magnetoresistive element preferably has two ferromagnetic contacts which are connected via a separating layer and form, in particular, a TMR element or GMR element.
  • the first contact is associated with a first layer of magnetoelectric or ferroelectric material such that the first contact is magnetically polarizable in dependence on the antiferromagnetic interface polarization of the first layer.
  • the first contact and the first layer form an exchange bias system.
  • the magnetoelectric material additionally required magnetic field can be kept constant in contrast to conventional methods even when writing varying information and therefore generated for example by a permanent magnet.
  • the magnetic polarization of the first contact is determined by the electric field and not by an electric current.
  • the magnetic polarization or magnetization of the first contact then forms a stored information of the magnetoresistive element.
  • the electrical resistance across the two contacts allows this information to be read, since the electrical resistance is high when the polarizations or magnetic moments of the two contacts are aligned parallel and in antiparallel (opposite) orientation.
  • the preferred method of writing information is characterized in that the magnetoelectric layer is heated above a critical temperature and is antiferromagnetically polarized in its boundary layer by means of a magnetic field and an electric field, wherein the magnetic field and the electric field are polarized Field to cool down below the critical temperature or to freeze the determined by the magnetic field and electric field antiferromagnetic Grenz inhabit- polarization of the magnetoelectric layer, so that the associated contact is magnetized by the antiferromagnetic interfacial polarization of the layer in the desired manner and magnetically magnetic polarization forms a magnetic information of the element.
  • antiferromagnetic Grenz inhabitpolarisation the layer so the writing of the information is done.
  • the same polarization of the magnetic field can always be used when writing the information, the antiferromagnetic interfacial polarization of the layer or the information depending on the direction of the electric field relative to the magnetic field-parallel or anti-parallel. Accordingly, the magnetic field for the antiferromagnetic _
  • FIG. 1 shows a schematic structure of a proposed magneto-resistive element according to a first embodiment
  • FIG. 2 shows a first contact and a first layer of the magnetoresistive element, which form a proposed exchange system
  • 3 is a diagram showing a magnetization state of the exchange
  • Fig. 4 is a diagram showing another magnetization state of
  • FIG. 6 shows a schematic structure of a proposed magnetoresistive element according to a second embodiment.
  • FIG. 1 shows a schematic, not to scale representation of a proposed, magnetoresistive element 10 with a first Kon- _ f _
  • clock 11 and a second contact 12 which are electrically connected to each other via a separating layer or barrier 13 arranged therebetween.
  • the first contact 11 and the second contact 12 are preferably made of ferromagnetic material, ie ferromagnetic, and in particular form a TMR element or GMR element whose electrical resistance between A and B from the relative orientation of the indicated by arrows by way of example magnetic Moments or polarizations of the two contacts 11, 12 depends.
  • the separating layer 13 accordingly forms a tunnel barrier or an electrically conductive, possibly metallic compound.
  • the first contact 11 is associated with a first layer 14 of magnetoelectric or ferroelectric material, in particular adjacent.
  • the first contact 11 and the first layer 14 lie over one another over the entire surface.
  • the first contact 11 and the first layer 14 form a proposed exchange bias system. This means that the magnetic moments of the first contact 11 and the first layer 14 correlate in their orientations, in particular run anti-parallel. In particular, an orientation of the magnetic moments or polarization of the first contact 11 as a function of the antiferromagnetic boundary surface polarization of the first layer 14 takes place through this interaction.
  • the magnetoresistive element 10 has a second layer 15, which immediately adjoins the first layer 14 in the illustrated embodiment, specifically on the flat side facing away from the first contact 11.
  • the second layer 15 is constructed in the first embodiment of permanent magnetic material, so permanent magnetic, and / or formed as a connection electrode.
  • FIG. 1 is to be understood in particular only as a schematic section of a particular surface or plate-like structure or the like, and in particular serves only to explain the function of a memory cell.
  • a magnetic memory or the like can have a multiplicity of such elements 10, preferably side by side, in particular arranged in a plane, or memory cells with a corresponding layering or similar layering.
  • the separating layer 13, the first layer 14 and / or the second layer 15 can be designed as continuous, if necessary interruption-free layers. If necessary, the first contact 11 and the second contact 12 may also be formed as continuous layers or the like.
  • the terminal electrodes 16, 17 also be flat, but not continuous, but for example, transverse to each other in different planes extending stripes or the like.
  • FIG. 1 represents only a single memory cell, which is preferably constructed in the z-direction perpendicular to the xy-plane of the strips (not shown) or other planar extension of the first and second contacts 11, 12 or of the layers 13 to 15.
  • other structures and structures are possible.
  • the arrangement of the first contact or area 11 and the first layer 14, as indicated in FIG. 2, forms a proposed exchange bias system, in which the magnetic moments of the first contact 11 and of the first layer 14 are preferably aligned in anti-parallel to one another, for example, away from each other as shown, or towards or parallel to the major planes of the layers.
  • the first layer 14 is used for the first layer 14, as is customary and proposed in US Pat. No. 6,483,741 B1.
  • the "magnetoelectric” property is that in the first layer 14, the orientation of the magnetic moments or spins in the boundary layer at the interface to the first contact 11 through an external magnetic field and an electric field can be predetermined and in particular permanently fixed. This is also referred to as antiferromagnetic interface polarization (AGP) in the present invention.
  • AGP antiferromagnetic interface polarization
  • the "magnetoelectric” property of the present invention within the meaning of the article “Revival of the magnetoelectric effect" by Manfred Fiebig, J. Phys. D: Appl. Phys. 38 (2005), R123-R152, which is hereby incorporated by way of additional disclosure.
  • the direction of the AGP can be predetermined by the magnetic field and external electric field, that is controllable. Further, the AGP is maintained even after the magnetic field and the electric field are turned off.
  • the predetermined AGP of the magnetoelectric layer 14 leads to a defined, in particular opposite or parallel, magnetic polarization of the first contact 11. Accordingly, the polarization direction of the first contact 11 is controlled by the direction of the AGP.
  • FIG. 3 shows a diagram which very schematically shows the magnetization hysteresis of the first contact 11 in AGP of the first layer 14 in a first direction.
  • 4 shows the corresponding schematic magnetization hysteresis with opposite AGP of the first layer 14.
  • the x-axis indicates the external magnetic field H in each case.
  • the y-axis corresponds to the magnetic moment m of the first contact 11.
  • the two diagrams illustrate that the magnetoelectric layer 14 results in a strong asymmetry of the magnetization hysteresis depending on the direction of the AGP of the layer 14.
  • This magnetic polarization or magnetization of the first contact 11 can therefore be understood as information I, which depends only on the AGP of the first layer 14.
  • the information I is, for example, "1" or "high”, and in the case of FIG. 4, for example, "0" or "low”.
  • the magnetoelectric layer 14 is preferably heated above a critical temperature T (about 310 K in the case of Cr 2 O 3 ) and by an external magnetic field (this can be generated by the second layer 15) ) and electric field are "polarized" in the desired manner, at least in their boundary layer toward the first contact 11, in order to achieve the desired AGP.
  • T a critical temperature
  • an external magnetic field this can be generated by the second layer 15
  • electric field are "polarized" in the desired manner, at least in their boundary layer toward the first contact 11, in order to achieve the desired AGP.
  • a spatially very limited AGP of the magnetoelectric layer 14 is desirable, as indicated in Fig. 5.
  • the limitation of the AGP to a desired, very small area allows a correspondingly dense packing of storage cells.
  • the following two measures are proposed, which can be implemented alternatively or together: a)
  • the heating preferably takes place by means of radiation, in particular light, preferably laser light L of a laser. This is relatively easy to implement, for example by a movable laser head, as in a DVD burner or the like.
  • the heating by laser light L can be done very quickly and in particular very localized. Accordingly, local heating can also limit the range in which the AGP is in the magnetoelectric
  • Layer 14 is or can be set.
  • the external magnetic field H and the external electric field E are generated, for example, by a magnetic head and an electrode tip.
  • the maximum field strength of the magnetic field H lies in a first region of the magnetoelectric layer 14 and the maximum field strength of the electric field E in a second, to the first spaced region of the magnetoelectric layer 14. Only in an overlap region Ü of the magnetic field H and the electric field E of depends on the field strengths and the distance, the product exceeds the
  • the two above-mentioned measures can be combined in that the overlapping area Ü mentioned under b) is only partially heated to or above the required or critical temperature T, so that only in this partial area finally the AGP of the magnetoelectric layer 14 and thereby the writing the magnetic information takes place.
  • the same polarization of the magnetic field can always be used regardless of the desired direction of the AGP or the information, and preferably, since the direction of the AGP of the magnetoelectric layer 14 is only depends on whether the magnetic field and the electric field are aligned parallel or antiparallel to each other. Accordingly, preferably, only by varying the direction of the electric field, the direction of the AGP of the magnetoelectric layer 14 is modulated, thereby producing the desired information.
  • the outer magnetic field H and the outer electric field E during writing are at least substantially perpendicular to the layer plane of the magnetoelectric layer 14.
  • the same magnetic field is always used during writing.
  • a permanent magnet can be used for this purpose.
  • a particular advantage is that, compared to previous magnetoresistive elements Umpolar algebra is or an alternating magnetic field depending on the information to be written is not required. This simplifies the proposed method substantially, so that the use of an electromagnet is less problematic and in particular even a permanent magnet can be used. Another advantage is that there is no significant flow for writing. Rather, the writing of the electric field suffices for writing. In addition, the actual fixation can be carried out by the heating and cooling of the magnetoelectric layer 14, preferably only in certain areas.
  • the two embodiments are directed to magnetoresistive reading or retrieval of the information.
  • a readout can take place in any other form.
  • the electrical resistance depends on the two contacts 11 and 12 and the separating layer 13 arranged therebetween - ie between the schematically indicated terminals A and B - of the relative orientation of the magnetic Moments in the two contacts 11 and 12 from, as already explained.
  • the orientation of the magnetic moments of the second contact 12 is preferably determined in the first embodiment by the second, formed as a permanent magnet layer 15. Consequently, in the first embodiment, said electrical resistance depends only on the orientation of the magnetic moments, that is, the magnetic polarization, of the first contact 11. Since this polarization is in turn determined by the first, in particular magnetoelectric, layer 14, as already explained above with reference to FIGS. 2 to 5, the stored information can thus be determined or "read” by measuring the said electrical resistance.
  • the second layer 15 or another magnet provides the required external magnetic field.
  • a corresponding voltage in particular between contact A and the second layer 15 can - if necessary with appropriate additional heating - the writing done in the desired manner.
  • the magnetoresistive element 10 according to the first embodiment is particularly suitable for a RAM (Random Access Memory) having a plurality of memory cells in a compact space.
  • RAM Random Access Memory
  • the first and / or second layer 14, 15 is at least essentially composed of Cr 2 O 3 .
  • the first and / or second layer 14, 15 is or are not composed of magnetoelectric material but at least essentially of so-called ferroelectric material, which preferably also comprises multiferroic material, in particular BaTiO 3 -CoFe 2 O 4 Nanostructures, as described, for example, in the article "Multiferroic BaTiO 3 -CoFe 2 O 4 Nanostructures" by H. Zhieng et al., Science, Vol. 303, p. 661 f. of January 30, 2004, or the like.
  • the multiferroic or ferroelectric property of the layer 14 is therein and causes the AGP is at least substantially modifiable and fixable by an electric field alone, so an additional external magnetic field is not required. Heating above a critical temperature is also not required. This makes writing information easier.
  • the second layer 15 can not be permanent magnetic.
  • the second layer 15 may be constructed from antiferromagnetic material or like the first layer 14.
  • the second layer 15 can also be arranged directly on the assigned second contact 12.
  • Fig. 6 shows a second embodiment of the magnetoresistive element 10 in a very schematic, not to scale representation, similar to Fig. 1.
  • the basic structure is similar, so that below only essential differences compared to the first embodiment will be discussed.
  • the above statements apply to the second In accordance with the invention.
  • any combination of different aspects of the two Ausflihrungsformen is possible.
  • the second layer 15 is disposed immediately adjacent to the second contact 12, on the flat side of the second contact 12 facing away from the separation layer 13.
  • the second layer 12 is not permanent magnet but of magnetoelectric or ferroelectric material, in particular correspondingly the first layer 14, constructed.
  • the second contact 12 and the second layer 15 form an exchange bias system corresponding to or similar to the first contact 11 and the first layer 14.
  • first and / or second layer 14, 15 is or are provided with a connection electrode 16, 17 or form or form it.
  • the orientations of the magnetic moments of the first contact 11 on the one hand and the second contact 12 on the other hand can be set independently of one another. Accordingly, by changing an orientation, an inversion of the stored information may occur.
  • the magnetoresistive element 10 according to the second embodiment can be used not only as a memory cell but also, in particular, as a logic element having the binary Boolean function XOR (exclusive OR).
  • the magnetoresistive element 10 according to the second embodiment in layers 14, 15 of magnetoelectric material
  • the antiferromagnetic interface polarizations of the two layers 14 and 15 are determined independently of one another in the desired direction or direction. Accordingly, the orientations of the magnetic mo- ments of the two contacts 11 and 12 set.
  • the electrical resistance which is measurable for example via the terminals Al and B2, depends on the relative orientation of the magnetic orientation or polarization of the two contacts 11 and 12 from each other. Accordingly, a logic element 10 results which corresponds to the Boolean function XOR.
  • the proposed logic element 10 can operate virtually without current since at least essentially only electrical voltages, but no (relevant) electrical currents, are required for the writing or input process.
  • the reading process consists only of a resistance measurement and can also be performed at minimum currents.
  • Another aspect is the non-volatility of the logic state, which is stable at the normal reading temperature, in particular room temperature.
  • the proposed logic element 10 according to the second embodiment is also very easily combinable with the element 10 according to the first embodiment because of its very similar layer structure, ie with memory elements 10 or RAM (Random Access Memory).

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Abstract

Es werden ein magnetoresistives Element, insbesondere Speicherelement oder Logikelement, und ein Verfahren zum Schreiben von Informationen in ein derartiges Element vorgeschlagen. Das Element weist einen ersten Kontakt aus ferromagnetischem Material und eine zugeordnete Schicht aus magnetoelektrischem oder ferroelektrischem Material auf, wobei der erste Kontakt in Abhängigkeit von einer antiferromagnetischen Grenzflächenpolarisation der ersten Schicht magnetisch polarisiert wird. Diese magnetische Polarisation bildet eine binäre Information.

Description

Magnetoresistives Element, insbesondere Speicherelement oder Logikelement, und Verfahren zum Schreiben von Informationen in ein derartiges Element
Die vorliegende Erfindung betrifft ein magnetoresistives Element, insbesonde- re ein Speicherelement oder Logikelement, einen daraus gebildeten Aufbau, ein Verfahren zum Schreiben von Informationen in ein derartiges Element sowie eine Verwendung eines Exchange-Bias-Systems zur Informationsspei- cherung.
Die Magnetoelektronik und der spinpolarisierte Transport von Ladungsträgern haben in den letzten Jahren eine rasante Entwicklung durchgemacht. Diese Entwicklung wurde vor allem durch die Entdeckung des sogenannten Giant- Magnetowiderstands (GMR) und des Tunnelmagnetowiderstands (TMR) ausgelöst. Diese beiden Effekte ermöglichten es erstmals, ein Magnetfeld bzw. eine Magnetisierungsinformation direkt in eine Widerstandsänderung umzusetzen. Beide Effekte basieren auf dem Transport spinpolarisierter Elektronen zwischen zwei ferromagnetischen Kontakten, wobei die relative Magnetisierung der beiden Kontakte ausschlaggebend für den Widerstand des Gesamtbauelements ist. Die beiden Kontakte oder sonstige Schichten, deren magneti- sehen Momente sich relativ zueinander ausrichten und die Magnetisierungshysterese beeinflussen, werden auch als Exchange-Bias-System bezeichnet. Der GMR wird üblicherweise in rein metallischen Strukturen und der TMR in Strukturen mit einer oxidischen Tunnelbarriere zwischen zwei ferromagnetischen Metallschichten genutzt. Zur Zeit werden TMR- Strukturen für elektro- nisch auslesbare Magnetspeicher (MRAMs) verwendet, während der GMR kommerziell vor allem in der Magnetfeldsensorik und in Festplatteleseköpfen genutzt wird. Die vorliegende Erfindung betrifft insbesondere ein derartiges magnetoresistives oder sonstiges Element, bei dem mindestens eine Information in magnetischer Form vorliegt bzw. speicherbar ist.
Bei einem heutigen MRAM oder einem MROM gemäß der WO 2004/032145 A2 erfolgt das Schreiben einer Information - also eine magnetische Polarisierung bzw. Magnetisierung - üblicherweise durch ein entsprechendes Magnetisierungsfeld, das elektromagnetisch erzeugt wird. Die Polarität des Magnet- felds wird in Abhängigkeit von der Information variiert. Nachteilig bzw. pro- blematisch ist hierbei, daß eine Fokussierung des Magnetfelds im Hinblick auf eine hohe Packungsdichte schwierig bzw. aufwendig ist und daß verhältnismäßig hohe elektrische Ströme zur Erzeugung und Variation des Magnetfelds beim Schreiben erforderlich sind und zu einer hohen unerwünschten Verlust- wärme führen.
Die US 6,483,741 Bl betrifft die Ummagnetisierung eines Materials mit magnetischer Anisotropie, beispielsweise in einem MRAM, durch Anlegen eines magnetischen Pulses bzw. einer Antriebskraft quer zur ursprünglichen Magne- tisierungsrichtung. Der Puls bzw. die Antriebskraft wird entweder durch den piezoelektrischen Effekt oder durch Variation der Wechselwirkung des Materials mit einem anderen magnetischen Material über eine Steuerschicht erzeugt.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes ma- gnetoresistives Element, einen daraus gebildeten Aufbau, ein verbessertes Verfahren zum Schreiben von Informationen in ein insbesondere magnetoresi- stives Element sowie eine Verwendung eines Exchange-B ias- Systems zur In- formationsspeicherung anzugeben, insbesondere wobei ein zumindest im we- sentlichen stromloses Schreiben einer magnetischen, vorzugsweise nicht flüchtigen Information möglich ist.
Die obige Aufgabe wird durch einen magnetoresistives Element gemäß Anspruch 1, durch einen Aufbau gemäß Anspruch 8, durch ein Verfahren gemäß Anspruch 9 oder 10 oder durch eine Verwendung gemäß Anspruch 15 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unter ansprüche.
Das magnetoresistive Element weist vorzugsweise zwei über eine Trennschicht in Verbindung stehende, ferromagnetische Kontakte auf, die insbeson- dere ein TMR-Element oder GMR-Element bilden. Dem ersten Kontakt ist eine erste Schicht aus magnetoelektrischem oder ferroelektrischem Material derart zugeordnet, daß der erste Kontakt in Abhängigkeit von der antiferro- magnetischen Grenzflächenpolarisation der ersten Schicht magnetisch polarisierbar ist. Der erste Kontakt und die erste Schicht bilden ein Exchange-Bias- System. Durch ein elektrisches Feld - im Falle von magnetoelektrischem Material zusammen mit einem Magnetfeld - läßt sich die antiferromagnetische Grenzflächenpolarisation, also die Ausrichtung der magnetischen Momente bzw. Spins der ersten Schicht zumindest in der Grenzschicht zum ersten Kontakt hin steuern. Insbesondere genügt eine Variation des elektrischen Felds zum Variieren der Information beim Schreiben; das bei magnetoelektrischem Material zusätzlich erforderliche Magnetfeld kann hierbei im Gegensatz zu herkömmlichen Verfahren auch beim Schreiben variierender Informationen konstant gehalten und daher beispielsweise durch einen Permanentmagneten erzeugt werden. Damit wird die magnetische Polarisierung des ersten Kontakts durch das elektrische Feld und nicht durch einen elektrischen Strom festgelegt bzw. gesteuert. Die magnetische Polarisierung bzw. Magnetisierung des ersten Kontakts bildet dann eine gespeicherte Information des magnetore- sistiven Elements. Der elektrische Widerstand über die beiden Kontakte gestattet ein Lesen dieser Information, da der elektrische Widerstand bei paralleler Ausrichtung der Polarisierungen bzw. magnetischen Momente der beiden Kontakte niedrig und bei antiparalleler (entgegengesetzter) Ausrichtung hoch ist.
Das bevorzugte Verfahren zum Schreiben von Informationen zeichnet sich dadurch aus, daß die magnetoelektrische Schicht über eine kritische Tempera- tur erwärmt und mittels eines Magnetfelds und eines elektrischen Felds in gewünschter Weise in seiner Grenzschicht antiferromagnetisch polarisiert bzw. manipuliert wird, wobei das Magnetfeld und das elektrische Feld bis zur Abkühlung unter die kritische Temperatur bzw. bis zum Einfrieren der durch das Magnetfeld und elektrische Feld bestimmten antiferromagnetischen Grenzflä- chenpolarisation der magnetoelektrischen Schicht aufrechterhalten werden, so daß der zugeordnete Kontakt durch die antiferromagnetische Grenzflächenpolarisation der Schicht in gewünschter Weise magnetisch polarisiert wird und diese magnetische Polarisation eine magnetische Information des Elements bildet. Durch entsprechende antiferromagnetische Grenzflächenpolarisation der Schicht erfolgt also das Schreiben der Information.
Vorteilhafterweise kann beim Schreiben der Information immer die gleiche Polarisation des Magnetfelds verwendet werden, wobei die antiferromagnetische Grenzflächenpolarisation der Schicht bzw. die Information von der Rich- tung des elektrischen Felds relativ zum Magnetfeld - parallel oder antiparallel - abhängt. Dementsprechend kann das Magnetfeld für die antiferromagneti- _
sehe Grenzflächenpolarisation der Schicht insbesondere durch einen Permanentmagneten erzeugt werden. Weiter kann das Schreiben quasi stromlos erfolgen, da lediglich ein elektrisches Feld zur Festlegung der antiferromagneti- schen Grenzflächenpolarisation der Schicht erforderlich ist.
Weitere Vorteile, Merkmale, Eigenschaften und Aspekte der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen und der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele anhand der Zeichnung. Es zeigt:
Fig. 1 einen schematischen Aufbau eines vorschlagsgemäßen magneto- resistiven Elements gemäß einer ersten Ausfuhrungsform;
Fig. 2 einen ersten Kontakt und eine erste Schicht des magnetoresisti- ven Elements, die einen vorschlagsgemäßes Exchange-B ias- System bilden;
Fig. 3 ein Diagramm, das einen Magnetisierungszustand des Exchange-
Bias-Systems bzw. ersten Kontakts zeigt;
Fig. 4 ein Diagramm, das einen anderen Magnetisierungszustand des
Exchange-Bias-Systems bzw. ersten Kontakts zeigt;
Fig. 5 eine schematische Feldverteilung beim Schreiben einer Information; und
Fig. 6 einen schematischen Aufbau eines vorschlagsgemäßen magneto- resistiven Elements gemäß einer zweiten Ausführungsform.
In den Figuren werden für gleiche oder ähnliche Teile dieselben Bezugszei- chen verwendet, wobei entsprechende oder vergleichbare Eigenschaften und Vorteile erreicht werden, auch wenn eine wiederholte Beschreibung insbesondere aus Vereinfachungsgründen weggelassen ist.
Fig. 1 zeigt in einer nur schematischen, nicht maßstabsgetreuen Darstellung ein vorschlagsgemäßes, magnetoresistives Element 10 mit einem ersten Kon- _ f _
takt 11 und einem zweiten Kontakt 12, die über eine dazwischen angeordnete Trennschicht bzw. Barriere 13 elektrisch miteinander verbunden sind.
Der erste Kontakt 11 und der zweite Kontakt 12 sind vorzugsweise aus ferro- magnetischem Material aufgebaut, also ferromagnetisch, und bilden insbesondere ein TMR-Element oder GMR-Element, dessen elektrischer Widerstand zwischen A und B von der relativen Ausrichtung der durch Pfeile beispielhaft angedeuteten magnetischen Momente bzw. Polarisierungen der beiden Kontakte 11, 12 abhängt. Die Trennschicht 13 bildet entsprechend eine Tunnelbar- riere oder eine elektrisch leitende, ggf. metallische Verbindung.
Dem ersten Kontakt 11 ist eine erste Schicht 14 aus magnetoelektrischem oder ferroelektrischem Material zugeordnet, insbesondere benachbart. Vorzugsweise liegen der ersten Kontakt 11 und die erste Schicht 14 vollflächig aufeinan- der. Der erste Kontakt 11 und die erste Schicht 14 bilden ein vorschlagsgemäßes Exchange-Bias-System. Dies bedeutet, daß die magnetischen Momente des ersten Kontakts 11 und der ersten Schicht 14 in ihren Ausrichtungen korrelieren, insbesondere antiparallel verlaufen. Durch diese Wechselwirkung erfolgt insbesondere eine Ausrichtung der magnetischen Momente bzw. Polari- sierung des ersten Kontakts 11 in Abhängigkeit von der antiferromagnetischen Grenzflächenpolarisation der ersten Schicht 14.
Bei der ersten Ausführungsform gemäß Fig. 1 weist das magnetoresistive Element 10 eine zweite Schicht 15 auf, die sich beim Darstellungsbeispiel an die erste Schicht 14 unmittelbar anschließt und zwar auf der dem ersten Kontakt 11 abgewandten Flachseite. Die zweite Schicht 15 ist bei der ersten Ausführungsform aus permanentmagnetischem Material aufgebaut, also permanentmagnetisch, und/oder als Anschlußelektrode ausgebildet.
Zum Aufbau des magnetoresistiven Elements 10 ist anzumerken, daß Fig. 1 insbesondere nur als schematischer Ausschnitt eines insbesondere flächen- oder plattenartigen Aufbaus oder dgl. zu verstehen ist und insbesondere nur der Erläuterung der Funktion einer Speicherzelle dient. Insbesondere kann ein Magnetspeicher oder dgl. eine Vielzahl derartiger, vorzugsweise nebeneinan- der, insbesondere in einer Ebene angeordnet Elemente 10 bzw. Speicherzellen mit entsprechender Schichtung oder ähnlicher Schichtung aufweisen. £
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Beispielsweise können die Trennschicht 13, die erste Schicht 14 und/oder die zweite Schicht 15 als durchgehende, bedarfsweise unterbrechungsfreie Schichten ausgeführt sein. Der erste Kontakt 11 und der zweite Kontakt 12 können bedarfsweise auch als durchgehende Schichten oder dgl. ausgebildet sein.
Alternativ können insbesondere der erste Kontakt 11 und der zweite Kontakt 12 oder im Falle der zweiten Ausführungsform die Anschlußelektroden 16, 17 auch flächig, jedoch nicht durchgehend ausgebildet sein, sondern beispielsweise quer zueinander in verschiedenen Ebenen verlaufende Streifen oder dgl. bilden, um eine Adressierung einzelner Speicherzellen zu ermöglichen. Fig. 1 stellt lediglich eine einzige Speicherzelle dar, die vorzugsweise in z-Richtung senkrecht zu der xy-Ebene der nicht dargestellten Streifen oder sonstigen flä- chenhaften Erstreckung des ersten und zweiten Kontakts 11, 12 bzw. der Schichten 13 bis 15 aufgebaut ist. Jedoch sind auch andere Aufbauten und Strukturen möglich.
Die in Fig. 2 angedeutete Anordnung des ersten Kontakts bzw. Flächenbe- reichs 11 und der ersten Schicht 14 bildet ein vorschlagsgemäßes Exchange- Bias-System, bei dem sich die magnetischen Momente des ersten Kontakts 11 und der ersten Schicht 14 vorzugsweise antiparallel zueinander ausrichten, beispielsweise voneinander weg, wie dargestellt, oder aufeinander zu oder parallel zu den Hauptebenen der Schichten.
Vorschlagsgemäß wird für die erste Schicht 14 jedoch nicht - wie üblich und in der US 6,483,741 B l vorgeschlagen - rein antiferromagnetisches Material, sondern vorzugsweise magnetoelektrisches Material, insbesondere Cr2O3, verwendet. Die "magnetoelektrische" Eigenschaft liegt darin, daß in der ersten Schicht 14 die Ausrichtung der magnetischen Momente bzw. Spins in der Grenzschicht an der Grenzfläche zum ersten Kontakt 11 hin durch ein äußeres Magnetfeld und ein elektrisches Feld vorgebbar und insbesondere dauerhaft festlegbar ist. Dies wird bei der vorliegenden Erfindung auch als antiferroma- gnetische Grenzflächenpolarisation (AGP) bezeichnet. Insbesondere wird die "magnetoelektrische" Eigenschaft der vorliegenden Erfindung im Sinne des Artikels "Revival of the magnetoelectric effect" von Manfred Fiebig, J. Phys. D: Appl. Phys. 38 (2005), R123 - R152, verstanden, der hiermit als ergänzende Offenbarung eingeführt wird.
Die Richtung der AGP ist durch das Magnetfeld und äußere elektrische Feld vorgebbar, also steuerbar. Weiter bleibt die AGP auch nach Abschalten des Magnetfelds und des elektrischen Felds erhalten.
Die vorgegebene AGP der magnetoelektrischen Schicht 14 führt zu einer definierten, insbesondere entgegengesetzten oder parallelen, magnetischen PoIa- risierung des ersten Kontakts 11. Dementsprechend wird durch die Richtung der AGP die Polarisationsrichtung des ersten Kontakts 11 gesteuert.
Fig. 3 zeigt ein Diagramm, das sehr schematisch die Magnetisierungshysterese des ersten Kontakts 11 bei AGP der ersten Schicht 14 in einer ersten Rich- tung zeigt. Fig. 4 zeigt die entsprechende schematische Magnetisierungshysterese bei entgegengesetzter AGP der ersten Schicht 14. Die x- Achse gibt hierbei jeweils das äußere Magnetfeld H an. Die y-Achse entspricht dem magnetischen Moment m des ersten Kontakts 11.
Die beiden Diagramme veranschaulichen, daß die magnetoelektrische Schicht 14 zu einer starken Asymmetrie bzw. Verschiebung der Magnetisierungshysteresen in Abhängigkeit von der Richtung der AGP der Schicht 14 führt. Insbesondere wird ersichtlich, daß ohne äußeres Magnetfeld - also bei H = 0 - die magnetische Polarisation des ersten Kontakts 11 eindeutig ist. Diese ma- gnetische Polarisation bzw. Magnetisierung des ersten Kontakts 11 kann daher als Information I verstanden werden, die lediglich von der AGP der ersten Schicht 14 abhängt. Im Falle von Fig. 3 ist die Information I beispielsweise "1" bzw. "High", und im Falle von Fig. 4 beispielsweise "0" bzw. "Low".
Zur Magnetisierung der magnetoelektrischen Schicht 14 - also zum Schreiben der Information I - wird die magnetoelektrische Schicht 14 vorzugsweise über eine kritische Temperatur T (bei Cr2O3 etwa 310 K) erwärmt und durch ein äußeres Magnetfeld (dieses kann durch die zweite Schicht 15 erzeugt werden) und elektrisches Feld in gewünschter Weise zumindest in ihrer Grenzschicht zum ersten Kontakt 11 hin "polarisiert", um die gewünschte AGP zu erreichen. Hierbei muß das Produkt der Feldstärken des Magnetfelds und des elek- _
- o -
trischen Felds einen Mindestwert M überschreiten und die magnetoelektrische Schicht 14 über die Temperatur T erwärmt sein. Das äußere Magnetfeld und das äußere elektrische Feld bleiben vorzugsweise eingeschaltet, bis die magnetoelektrische Schicht 14 wieder unter die Temperatur T abgekühlt und da- durch die gewünschte AGP festgelegt bzw. "eingefroren" wird. Alternativ kann dieses Schreiben oder Kopieren bzw. Festlegen der AGP und damit einer Information bei ausreichend großem Produkt aus magnetischen Feld und elektrischen Feld jedoch auch ohne Erwärmen - insbesondere bei Raumtemperatur - erfolgen.
Um eine große Speicherdichte zu ermöglichen, ist eine räumlich sehr begrenzte AGP der magnetoelektrischen Schicht 14 wünschenswert, wie in Fig. 5 angedeutet. Die Begrenzung der AGP auf einen gewünschten, möglichst sehr kleinen Bereich gestattet eine entsprechend dichte Packung von Speicherzel- len. Um einen nur möglichst kleinen Bereich antiferromagnetisch polarisieren zu können, werden die beiden folgenden Maßnahmen vorgeschlagen, die alternativ oder zusammen realisiert werden können: a) Das Erwärmen erfolgt vorzugsweise mittels Strahlung, insbesondere Licht, vorzugsweise Laserlicht L eines Lasers. Dies ist verhältnismäßig leicht realisierbar, beispielsweise durch einen bewegbaren Laserkopf, wie bei einem DVD-Brenner oder dgl. Die Erwärmung durch Laserlicht L kann sehr schnell und insbesondere sehr lokal begrenzt erfolgen. Dementsprechend kann durch die lokale Erwärmung auch der Bereich begrenzt werden, in welchem die AGP in der magnetoelektrischen
Schicht 14 eingestellt wird bzw. werden kann.
b) Das äußere Magnetfeld H und das äußere elektrische Feld E werden beispielsweise durch einen Magnetkopf und eine Elektrodenspitze erzeugt. Die maximale Feldstärke des Magnetfelds H liegt in einem ersten Bereich der magnetoelektrischen Schicht 14 und die maximale Feldstärke des elektrischen Felds E in einem zweiten, zum ersten beabstandeten Bereich der magnetoelektrischen Schicht 14. Nur in einem Überlappungsbereich Ü des Magnetfelds H und des elektrischen Felds E der von den Feldstärken und dem Abstand abhängt, überschreitet das Produkt der
Feldstärken des Magnetfelds H und des elektrischen Felds E den zur AGP der magnetoelektrischen Schicht 14 erforderlichen Mindestwert M - also die zum Schreiben der gewünschten Information erforderliche Stärke. Entsprechend ist der mögliche AGP-Bereich auf diesen Überlappungsbereich Ü beschränkt. Durch Variation des Abstands und/oder der Feldstärken kann die Größe des Überlappungsbereichs Ü bedarfsgerecht angepaßt werden.
Die beiden vorgenannten Maßnahmen können dadurch kombiniert werden, daß der unter b) genannte Überlappungsbereich Ü nur teilweise auf bzw. über die erforderliche bzw. kritische Temperatur T erwärmt wird, so daß nur in diesem Teilbereich letztendlich die AGP der magnetoelektrischen Schicht 14 und dadurch das Schreiben der magnetischen Information erfolgt.
Zum vorschlagsgemäßen Verfahren ist noch zu ergänzen, daß zur AGP der magnetoelektrischen Schicht 14 immer die gleich Polarisation des Magnetfelds unabhängig von der gewünschten Richtung der AGP bzw. von der Information verwendet werden kann und vorzugsweise wird, da die Richtung der AGP der magnetoelektrischen Schicht 14 nur davon abhängt, ob das Magnetfeld und das elektrische Feld parallel oder antiparallel zueinander ausge- richtet sind. Dementsprechend wird vorzugsweise nur durch Variation der Richtung des elektrischen Felds die Richtung der AGP der magnetoelektrischen Schicht 14 moduliert und dadurch die gewünschte Information erzeugt.
Vorzugsweise verlaufen das äußere Magnetfeld H und das äußere elektrische Feld E beim Schreiben zumindest im wesentlichen senkrecht zur Schichtebene der magnetoelektrischen Schicht 14.
Insbesondere wird beim Schreiben immer das gleiche Magnetfeld verwendet. Vorzugsweise kann dazu ein Permanentmagnet eingesetzt werden.
Ein besonderer Vorteil liegt darin, daß gegenüber bisherigen magnetoresisti- ven Elementen ein Umpolarisieren bzw. ein wechselndes Magnetfeld in Abhängigkeit von der zu schreibenden Information nicht erforderlich ist. Dies vereinfacht das vorgeschlagene Verfahren wesentlich, so daß der Einsatz eines Elektromagneten weniger problematisch ist und insbesondere sogar ein Permanentmagnet eingesetzt werden kann. Ein weiterer Vorteil liegt darin, daß zum Schreiben kein wesentlicher Strom fließen muß. Vielmehr genügt für das Schreiben das Anlegen des elektrischen Felds. Zusätzlich kann die eigentliche Fixierung durch das vorzugsweise nur bereichsweise Erwärmen und Abkühlen der magnetoelektrischen Schicht 14 erfolgen.
Nachfolgend werden zwei bevorzugte Ausführungsformen des vorschlagsgemäßen magnetoresistiven Elements 10 näher erläutert. Die beiden Ausfüh- rungsbeispiele sind auf magnetoresistives Lesen bzw. Wiedergewinnen der Information gerichtet. Jedoch kann grundsätzlich auch ein Auslesen in sonstiger Form erfolgen.
Bei der ersten in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform des magnetoresistiven Elements bzw. Speicherelements 10 hängt der elektrische Widerstand über die beiden Kontakte 11 und 12 und die dazwischen angeordnete Trennschicht 13 - also zwischen den schematisch angedeuteten Anschlüssen A und B - von der relativen Orientierung der magnetischen Momente in den beiden Kontakten 11 und 12 ab, wie bereits erläutert.
Die Orientierung der magnetischen Momente des zweiten Kontakts 12 ist bei der ersten Ausfuhrungsform vorzugsweise durch die zweite, als Permanentmagnet ausgebildete Schicht 15 festgelegt. Folglich hängt bei der ersten Ausführungsform der genannte elektrische Widerstand nur von der Ausrichtung der magnetische Momente, also von der magnetischen Polarisierung, des ersten Kontakts 11 ab. Da diese Polarisierung ihrerseits durch die erste, insbesondere magnetoelektrische Schicht 14 festgelegt wird, wie bereits oben an Hand von Fig. 2 bis 5 erläutert, kann somit die gespeicherte Information durch Messen des genannten elektrischen Widerstands festgestellt bzw. "gelesen" werden.
Zum Schreiben der Information - also gewünschten Magnetisierung der ersten magnetoelektrischen Schicht 14 - stellt vorzugsweise die zweite Schicht 15 oder ein sonstiger Magnet das erforderliche äußere Magnetfeld bereit. Durch Anlegen einer entsprechenden Spannung insbesondere zwischen Kontakt A und der zweiten Schicht 15 kann - soweit erforderlich bei entsprechender zusätzlicher Erwärmung - das Schreiben in gewünschter Weise erfolgen.
Das magnetoresistive Element 10 gemäß der ersten Ausführungsform eignet sich insbesondere für einen RAM (Speicher mit wahlfreiem Zugriff) mit einer Vielzahl von Speicherzellen auf kompaktem Raum.
Gemäß einer Ausführungsvariante ist bzw. sind die erste und/oder zweite Schicht 14, 15 zumindest im wesentlichen aus Cr2O3 aufgebaut.
Gemäß einer anderen Ausführungsvariante ist bzw. sind die erste und/oder zweite Schicht 14, 15 nicht aus magnetoelektrischem Material, sondern zumindest im wesentlichen aus sogenanntem ferroelektrischen Material aufgebaut, das erfindungsgemäß vorzugsweise auch multiferroisches Material, ins- besondere BaTiO3-CoFe2O4-Nanostrukturen, wie beispielsweise in dem Artikel "Multiferroic BaTiO3-CoFe2O4 Nanostructures" von H. Zhieng et al., Science, Vol. 303, Seite 661 f. vom 30. Januar 2004 veröffentlicht, oder dgl. einschließt bzw. ist. Die multiferroische bzw. ferroelektrische Eigenschaft der Schicht 14 liegt darin und führt dazu, daß die AGP zumindest im wesentlichen allein durch ein elektrisches Feld modifizierbar und festlegbar ist, ein zusätzliches äußeres Magnetfeld also nicht erforderlich ist. Eine Erwärmung über eine kritische Temperatur ist auch nicht erforderlich. So wird das Schreiben von Informationen vereinfacht.
Es ist anzumerken, daß die zweite Schicht 15 bedarfsweise auch nicht permanentmagnetisch sein kann. Beispielsweise kann die zweite Schicht 15 aus anti- ferromagnetischem Material oder wie die erste Schicht 14 aufgebaut sein.
Weiter kann die zweite Schicht 15 auch unmittelbar auf dem zugeordneten zweiten Kontakt 12 angeordnet sein.
Fig. 6 zeigt eine zweite Ausführungsform des magnetoresistiven Elements 10 in einer nur sehr schematischen, nicht maßstabsgetreuen Darstellung, ähnlich wie Fig. 1. Der grundsätzliche Aufbau ist ähnlich, so daß nachfolgend nur auf wesentliche Unterschiede gegenüber der ersten Ausführungsform näher eingegangen wird. Die voranstehenden Ausführungen gelten für die zweite Aus- fiihrungsform also entsprechend. Insbesondere ist auch eine beliebige Kombination von verschiedenen Aspekten der beiden Ausflihrungsformen möglich.
Bei der zweiten Ausführungsform ist die zweite Schicht 15 unmittelbar be- nachbart zum zweiten Kontakt 12 angeordnet, und zwar auf der der Trennschicht 13 abgewandten Flachseite des zweiten Kontakts 12. Die zweite Schicht 12 ist nicht permanentmagnetisch, sondern aus magnetoelektrischem oder ferroelektrischem Material, insbesondere entsprechend der ersten Schicht 14, aufgebaut. Folglich bilden der zweite Kontakt 12 und die zweite Schicht 15 ein Exchange-Bias-System entsprechend oder ähnlich dem ersten Kontakt 11 und der ersten Schicht 14.
Bevorzugt ist vorgesehen, daß die erste und/oder zweite Schicht 14, 15 mit einer Anschlußelektrode 16, 17 versehen ist bzw. sind oder diese bildet bzw. bilden.
Mittels der ersten und zweiten Schicht 14, 15 lassen sich die Ausrichtungen der magnetischen Momente des ersten Kontakts 11 einerseits und des zweiten Kontakts 12 andererseits unabhängig voneinander einstellen. Dementspre- chend kann durch Ändern einer Ausrichtung eine Inversion der gespeicherten Information erfolgen.
Das magnetoresistive Element 10 gemäß der zweiten Ausführungsform kann jedoch nicht nur als Speicherzelle, sondern insbesondere auch als logisches Element bzw. Gatter mit der binären Boolschen Funktion XOR (exklusives Oder) verwendet werden.
Wird das magnetoresistive Element 10 gemäß der zweiten Ausfuhrungsform (bei Schichten 14, 15 aus magnetoelektrischem Material) einem äußeren Ma- gnetfeld H in Schichtungsrichtung ausgesetzt, dann können durch Anlegen von elektrischen Feldern, insbesondere durch Anlegen geeigneter Spannungen zwischen den Anschlüssen Al und A2 bzw. Bl und B2 - wenn erforderlich, während des Abkühlens unter die kritische Temperatur T - die antiferroma- gnetischen Grenzflächenpolarisierungen der beiden Schichten 14 und 15 in gewünschter Weise bzw. Richtung unabhängig voneinander festgelegt werden. Entsprechend werden dadurch die Ausrichtungen der magnetischen Mo- mente der beiden Kontakte 11 und 12 festgelegt. Schließlich hängt dann der elektrische Widerstand, der beispielsweise über die Anschlüsse Al und B2 meßbar ist, von der relativen Orientierung der magnetischen Ausrichtung bzw. Polarisierung der beiden Kontakte 11 und 12 zueinander ab. Dementsprechend ergibt sich ein Logikelement 10, das der Boolschen Funktion XOR entspricht.
Das vorschlagsgemäße Logikelement 10 kann nahezu stromfrei arbeiten, da für den Schreib- bzw. Eingabeprozeß zumindest im wesentlichen lediglich elektrische Spannungen, jedoch keine (relevanten) elektrischen Ströme erfor- derlich sind. Der Leseprozeß besteht lediglich aus einer Widerstandsmessung und kann ebenfalls bei minimalen Strömen durchgeführt werden. Ein weiterer Aspekt besteht in der Nichtflüchtigkeit des logischen Zustands, der bei der normalen Lesetemperatur - insbesondere der Raumtemperatur - stabil ist. Außerdem ist das vorschlagsgemäße logische Element 10 gemäß der zweiten Ausführungsform aufgrund seiner sehr ähnlichen Schichtstruktur auch sehr einfach mit dem Element 10 gemäß der ersten Ausführungsform kombinier- bar, also mit Speicherelementen 10 bzw. einem RAM (Speicher mit wahlfreiem Zugriff).

Claims

- -Patentansprüche:
1. Magnetoresistives Element (10), insbesondere Speicherelement oder Logikelement, mit einem ersten Kontakt (11) und einem zweiten Kontakt (12) sowie insbesondere mit einer dazwischen angeordneten Trennschicht (13), wobei der erste Kontakt (11) aus ferromagnetischem Material besteht, wobei eine erste Schicht (14) aus magnetoelektrischem oder ferroelektrischem Material dem ersten Kontakt (11) derart zugeordnet und ausgebildet ist, daß der erste Kontakt (11) in Abhängigkeit von einer antiferromagnetischen Grenzflä- chenpolarisation der ersten Schicht (14) magnetisch polarisiert wird, wobei die antiferromagnetische Grenzflächenpolarisation durch ein elektrisches Feld (E), insbesondere zumindest im wesentlichen stromlos, steuerbar oder festlegbar ist.
2. Element nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zweite Kontakt (12) eine vorzugsweise festgelegte definierte magnetische Polarisation aufweist, so daß erste Kontakt (11) in Abhängigkeit von der antiferromagnetischen Grenzflächenpolarisation der ersten Schicht (14) parallel oder antiparallel zur magnetischen Polarisation des zweiten Kontakts (12) magnetisch pola- risierbar ist, und/oder daß der zweite Kontakt (12) aus ferromagnetischem Material aufgebaut ist.
3. Element nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine zweite Schicht (15) dem zweiten Kontakt (12) zur Festle- gung der magnetischen Polarisierung des zweiten Kontakts (12) zugeordnet ist.
4. Element nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Schicht (15) aus permanentmagnetischem oder antiferromagnetischem Mate- rial aufgebaut ist und insbesondere eine Anschlußelektrode bildet.
5. Element nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Schicht (15) permanentmagnetisch ist und ihr Magnetfeld (H) bis zur ersten Schicht (14) wirkt, um in Abhängigkeit von einem elektrischen Feld (E) die antiferromagnetische Grenzflächenpolarisation der ersten Schicht (14) festlegen oder variieren zu können.
6. Element nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Schicht (15) aus magnetoelektrischem oder ferroelektrischem Material aufgebaut ist, insbesondere wobei die magnetischen Polarisierungen des ersten und zweiten Kontakts (11, 12) mittels der ersten und zweiten Schicht (14, 15) unabhängig voneinander festlegbar sind.
7. Element nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Trennschicht (13) aus elektrisch isolierendem Material und/oder aus nicht magnetischem Material, insbesondere Halbleitermaterial, aufgebaut ist.
8. Aufbau, insbesondere Speicher und/oder integrierte Schaltung, mit einer Vielzahl von Elementen (10) gemäß einem der voranstehenden Ansprüche, wobei die vorzugsweise nicht-flüchtigen, antiferromagnetischen Grenzflächenpolarisationen der Schichten (14, 15) jeweils durch ein elektrisches Feld (E) festlegbar bzw. steuerbar sind, um die magnetischen Polarisationen der Kontakte (11, 12) festzulegen bzw. zu steuern und so ein zumindest im wesentlichen stromloses Schreiben von Informationen oder Festlegen von Zuständen zu ermöglichen.
9. Verfahren zum zumindest im wesentlichen stromlosen Schreiben von In- formationen in ein vorzugsweise nach einem der Ansprüche 1 bis 7 ausgebildetes, insbesondere magnetoresistives Element (10) mit einem ferromagneti- schen Kontakt (11, 12) und mit einer zugeordneten, magnetoelektrischen oder ferromagnetischen Schicht (14, 15), wobei der Kontakt (11, 12) durch eine antiferromagnetische Grenzflächenpolarisation der Schicht (14, 15) polarisiert wird und dadurch eine magnetische, insbesondere nicht-flüchtige Information gebildet wird, wobei die antiferromagnetische Grenzflächenpolarisation der Schicht (14, 15) durch ein elektrisches Feld (E) zumindest im wesentlichen stromlos festgelegt oder gesteuert wird.
10. Verfahren zum Schreiben von Informationen, insbesondere nach Anspruch 9, in ein vorzugsweise nach einem der Ansprüche 1 bis 8 ausgebilde- - -
tes, insbesondere magnetoresistives Element (10) mit einem ferromagneti- schen Kontakt (11, 12) und mit einer zugeordneten, magnetoelektrischen Schicht (14, 15), wobei die Schicht (14, 15) über eine kritische Temperatur (T) erwärmt und mittels eines Magnetfelds (H) und eines elektrischen Felds (E) in einer Grenzschicht an der Grenzfläche zum Kontakt (11, 12) hin antifer- romagnetisch polarisiert wird, wobei das Magnetfeld (H) und das elektrische Feld (E) bis zur Abkühlung unter die kritische Temperatur (T) und/oder bis zum Einfrieren der durch das Magnetfeld (H) und elektrische Feld (E) bestimmten antiferromagnetischen Grenzflächenpolarisation der Schicht (14, 15) aufrechterhalten werden, und wobei die antiferromagnetische Grenzflächenpolarisation der Schicht (14) den Kontakt (11, 12) magnetisch polarisiert und diese magnetische Polarisation des Kontaktes (11, 12) eine Information bildet.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Erwärmen nur lokal bzw. bereichsweise erfolgt und/oder daß das Erwärmen mittels
Licht, insbesondere Laserlicht (L), erfolgt.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß zur antiferromagnetischen Grenzflächenpolarisation der Schicht (14, 15) immer die gleiche Richtung des Magnetfelds (H) unabhängig von der Richtung der gewünschten antiferromagnetischen Grenzflächenpolarisation der Schicht (14, 15) bzw. von der Information verwendet wird und insbesondere die antiferromagnetische Grenzflächenpolarisation bzw. Information von der jeweiligen Richtung des elektrischen Felds (E), nämlich parallel oder antipar- allel zum Magnetfeld (H), abhängt.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß beim Schreiben immer das gleiche Magnetfeld (H) verwendet wird und/oder daß das Magnetfeld (H) mittels eines Permanentmagneten erzeugt wird.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 9 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die maximale Feldstärke des Magnetfelds (H) in einem ersten Bereich der Schicht (14) und die maximale Feldstärke des elektrischen Felds (E) in einem zweiten, zum ersten beabstandeten Bereich der Schicht (14) erzeugt wird, so daß nur in einem Überlappungsbereich (Ü) des Magnetfelds (H) und des elek- trischen Felds (E) das Produkt der Feldstärken der beiden Felder (H, E) einen zum Schreiben der Information erforderlichen Mindestwert (M) überschreitet.
15. Verwendung eines Exchange-Bias-Systems aus ferromagnetischem Mate- rial und aus magnetoelektrischem oder ferroelektrischem Material zur Infor- mationsspeicherung, wobei die magnetische Polarisierung des ferromagneti- schen Materials ohne äußeres Feld eine eindeutige Information darstellt, die durch eine antiferromagnetische Grenzflächenpolarisation des magnetoelektrischen oder ferroelektrischen Materials bestimmt wird, die ihrerseits durch ein elektrisches Feld (E) zumindest im wesentlichen stromlos bestimmt oder festgelegt wird.
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