Enhedsdesign tillader en ti gange stigning i spinstrømme

En elektron bærer elektrisk ladning og spin, der giver anledning til et magnetisk moment og kan derfor interagere med eksterne magnetfelter. Konventionel elektronik er baseret på elektronens ladning. Det nye felt af spintronics har til formål at udnytte elektronens spin. Brug af spins som elementære enheder i databehandling og højeffektiv elektronik er det ultimative mål for spintronisk videnskab på grund af spintronics minimale energiforbrug. I dette studie, forskere manipulerede og forstærkede spinstrømmen gennem designet af de lagdelte strukturer, et vigtigt skridt mod dette mål.

Til mobiltelefoner, computere, og andre elektroniske enheder, en stor mangel er genereringen af ​​varme, når elektroner bevæger sig rundt i de elektroniske kredsløb. Energitabet reducerer enhedens effektivitet betydeligt. Ultimativt, varmen begrænser pakningen af ​​komponenter i højdensitetsmikrochips. Spintronics løfte er at eliminere dette energitab. Det gør den ved blot at flytte elektronspin uden at flytte elektronerne. Brug af designstrategier som dem, der er identificeret af denne forskning, kan resultere i meget energieffektiv spintronik til at erstatte nutidens elektronik.

En vigtig hindring for at realisere spintronics er forstærkningen af ​​små spin-signaler. I konventionel elektronik, forstærkning af en elektronstrøm opnås ved hjælp af transistorer. For nylig, forskere ved Johns Hopkins University demonstrerede, at små spinstrømme kan forstærkes ved at indsætte tynde film af antiferromagnetiske (materialer, hvori de magnetiske momenter er annulleret) isolatormaterialer i de lagdelte strukturer, effektivt producerer en spin-transistor. Forskere brugte tynde film af antiferromagnetiske isolatorer, såsom nikkel og koboltoxid, klemt mellem ferrimagnetisk isolator yttriumjerngranat (YIG) og normale metalfilm. Med sådanne enheder, de viste, at den rene spinstrøm, der termisk injiceres fra YIG i metallet, kan forstærkes op til ti gange af den antiferromagnetiske isolatorfilm. Forskerne fandt ud af, at spinudsving i det antiferromagnetiske isolerende lag øger spinstrømmen. De fandt også, at forstærkningen er lineært proportional med spin-blandingskonduktansen af ​​det normale metal og YIG. Forsøgene viste denne effekt for forskellige metaller. Yderligere, undersøgelsen viste, at spinstrømforstærkningen er proportional med spinblandingskonduktansen af ​​YIG/metalsystemer for forskellige metaller. Beregninger af spinstrømforstærkningen og spinblandingskonduktansen gav kvalitativ overensstemmelse med de eksperimentelle observationer.