Впервые в движении наблюдался 'спиновый ток'

Исследователи из Национальной ускорительной лаборатории SLAC впервые наблюдали спиновый ток, как он течет по материалам. Результат, который показал удивительную потерю тока по пути, является важным шагом к реализации следующего поколения электроники известной как спинтроника.

Современные вычисления опираются на точное управление электрическими зарядами, которые переносятся от компонента к компоненту в лабиринте каналов в полупроводниках. Спинтроника может изменить это, оперируя спинами электронов, а не их зарядами.

Нахождение способа непосредственного управления ориентацией спина, которое является аналогом магнитной записи нулей или единиц, хранящихся на жестком диске компьютера, исключает необходимость потока электрических зарядов в компьютерных чипах. Устройства, подобные ноутбукам и смартфонам, будут использовать меньше энергии аккумулятора и не так сильно нагреваться во время работы, а также могут обеспечить более быстрый доступ к данным.

Но движение этого магнитного спинового тока можно было измерить только косвенно, пока команда SLAC не нашла способ, чтобы непосредственно наблюдать его с помощью рентгеновских лучей. Их работа может оказаться полезным руководством при выборе материалов для повышения производительности спинтроники.

«Это действительно магнитная иголка в стоге сена», - сказал Хендрик Олдаг (Hendrik Ohldag), штатный сотрудник в Стэнфордском источнике синхротронного излучения (SSRL), SLAC, который участвовал в исследовании. Исследовательская группа, в которую вошли представители из промышленности, создала опытное спинтронное устройство, в котором спиновый ток протекал из магнитного материала на основе кобальта через медь, немагнитный материал.

«То, что мы действительно не знали, так это как намагниченность текла из одного материала в другой, - сказал Олдаг. - И это то, что мы увидели в первый раз».

Просто видеть этот спиновый ток в медных материалах является важным достижением, сказал Олдаг, но исследователи также обнаружили, что ток теряет более половины своей напряженности магнитного момента по мере того как он течет из магнитного материала в немагнитный материал.

«Мы видим, что большая часть намагниченности теряется на границе между двумя материалами, - добавил Роопали Кукрейя (Roopali Kukreja), ведущий автор статьи и аспирант Стэнфордского университета в то время, когда там проводились эксперименты. - Это был момент "О, ничего себе!", потому что никто этого не подозревал. Атомы меди на границе слабо намагничены, и это то место, где вы действительно теряете спиновое свойство этого тока. Роль этого интерфейса раньше не была ясна».

Чтобы сделать спинтронные устройства более эффективными для коммерческого применения, исследователи, по словам Олдага, должны снизить эти потери спинового тока на поверхности раздела между материалами.

Как отметил Олдаг, будущие эксперименты могут использовать материалы, которые являются более перспективными для реальных спинтронных устройств.

Эта иллюстрация показывает, как спиновый ток течет из магнитного материала (синий) в немагнитный (красный)