Электрический сигнал – через изолятор

Физики из Японии впервые передали электрический сигнал через изолятор толщиной 1 мм, используя спиновые волны. Техника, которая включает преобразование электрического тока в «спиновый» сигнал, а затем обратно могла бы найти применение в спинтронных устройствах, которые используют как заряд, так и спин электрона. Такие устройства вызывают большой интерес, так как они меньше по размеру и более энергоэффективны, чем традиционные электронные.

Одной из проблем, затрудняющих развитие спинтроники, является сложность переноса спин-поляризованных электронов на расстояния более микрона в проводниках, к примеру, медных. В то же время в некоторых материалах спиновые волны – коллективные колебания стационарных спинов – могут передаваться на расстояния нескольких миллиметров и даже сантиметров с очень малыми потерями.

Техника была разработана Эйджи Сайто (Eiji Saitoh) совместно с коллегами из университетов Тохоку, Кейо и корпорации FDK. Они построили свое устройство из прямоугольной полоски намагниченного изолятора Y₃Fe₅O₁₂ толщиной 1,3 мкм. Платиновые электроды толщиной всего 15 нм были помещены на каждом конце ленты на расстоянии 1 мм.

При пропускании тока через один из электродов электроны со спином «вверх» концентрировались на его поверхности, прилегающей к изолятору, тогда как со спином «вниз» - на противоположной стороне. Такое поведение электронов в физике известно как спиновый эффект Холла.

Хотя электроны в платине не могли течь через изолятор, они приводили к кручению в нем спинов электронов, находящихся близко к контакту. Они, в свою очередь, вызывали кручение спинов своих соседей и т. д., передавая спиновую волну через изолятор. Когда эта волна достигала другого платинового электрода, она передавала спин через контакт, создавая избыток электронов со спином «вверх». Это в свою очередь создавало напряжение Холла, которое вызывало ток через второй электрод.

Хотя в продемонстрированном устройстве спиновый ток не приходит извне и не выходит наружу, оставаясь внутри, Сайто утверждает, что принцип может быть использован для создания устройства с этими свойствами. Открытие может быть также использовано для создания источников спинового тока или передачи его на большие расстояния.