Эффективность преобразования тепла в спиновый ток увеличена на порядок

При работе электронные устройства генерируют тепло, которое в основном уходит в потери. Физики из Билефельдского университета (Германия) нашли способ, как задействовать такую тепловую энергию в практических целях, заставив её генерировать магнитные или, так называемые «спиновые» токи.

В будущем эти магнитные сигналы могут сделать обработку данных более эффективной и экономичной. Этими вопросами занимается новое прикладное научное направление — спиновая калоритроника.

В своей работе, сотрудники университета вместе с коллегами из дрезденского Института исследований твёрдого тела и материалов им. Лейбница, университетов Грайфсвальда и Гисена экспериментировали с различными материалами в поисках такого, который наиболее эффективно преобразует тепло в спиновый ток. Итоги исследования для разных конфигураций тонких плёнок представлены в номере Nature Communications за 20 ноября.

Спиновые токи порождаются градиентном температур в электронных компонентах толщиной в миллионные доли миллиметра — магнитных наноструктурах, состоящих из железа, кобальта, никеля и других магнитных материалов.

Немецкие физики создавали сэндвич из двух таких наноплёнок, разделённых прослойкой оксида металла толщиной всего несколько атомов. При нагреве одной из внешних плёнок, например, лучом лазера, электроны с определённой ориентацией спина проходили через оксидный слой, образуя спиновый ток.

«В зависимости от материалов, которые мы использовали, от их электронной структуры, сила спинового тока варьировалась заметным образом», — рассказал участник исследования, доктор Александер Бюнке (Alexander Böhnke).

Руководствуясь теоретическими предположениями учёные смогли локализовать наиболее эффективную магнитную наноструктуру, которая обеспечила увеличение силы спинового тока до 10 раз. В ней использовалась комбинация кобальта, железа, кремния и алюминия.