Spin -enheder kører op

Elektriske strømme driver alle vores elektroniske enheder. Det nye felt inden for spintronics ser ud til at erstatte elektriske strømme med såkaldte spin -strømme. Forskere fra University of Tokyo har fået et gennembrud på dette område. Deres opdagelse af den magnetiske spin Hall-effekt kan føre til laveffekt, enheder med høj hastighed og høj kapacitet. De har skabt prøveudstyr, som kan undersøge potentielle applikationer yderligere.

"Elektricitet oplyste verden, og elektronik forbandt den, "siger professor Yoshichika Otani fra Institute for Solid State Physics." Spintronics vil være det næste skridt fremad i dette optog, og vi kan kun forestille os, hvilke fremskridt det kan bringe. "

Så hvad er spintronics, og hvorfor skulle vi være spændte?

"I det væsentlige bruges spintronics til at overføre oplysninger, noget vi altid har brugt elektriske strømme til, "fortsætter Otani, "men spintronics tilbyder en lang række fordele, nogle af dem er vi lige begyndt at forstå. "

I øjeblikket, strømeffektivitet for elektriske og elektroniske apparater er en begrænsende faktor i den teknologiske udvikling. Problemet ligger i karakteren af ​​elektriske strømme, ladningsstrømmen i form af elektroner. Når elektroner krydser et kredsløb, mister de noget energi som spildvarme. Spintronics forbedrer situationen - i stedet for bevægelse udnytter den en anden egenskab ved elektroner til at overføre information, deres vinkelmoment eller "spin".

"I spin -strømme bevæger elektroner sig stadig, men langt mindre end i en ladestrøm, "forklarer Otani." Det er elektronernes bevægelse, der typisk fører til modstand og spild af varme. Når vi reducerer behovet for så meget elektronbevægelse, forbedrer vi effektiviteten dramatisk. "

For at demonstrere dette fænomen skabte forskere en ny slags materiale kaldet en 'ikke -collinear antiferromagnet' - Mn3Sn, som er en særlig slags magnet. I dagligdags magneter - eller ferromagneter - som du måske finder på køleskabsdøre, elektronernes omdrejninger indbyrdes justeres parallelt, hvilket præger materialet med dets magnetiske virkning. I denne antiferromagnet spænder elektronerne op i trekantede arrangementer, så ingen retning er fremherskende, og den magnetiske effekt undertrykkes effektivt.

Når en lille elektrisk strøm føres ind i Mn3Sn, og et magnetfelt påføres den på den helt rigtige måde, elektronerne bestiller sig selv efter deres spin og elektriske strømstrømme. Dette er den magnetiske spin Hall -effekt, og processen kan vendes med den magnetiske inverse spin Hall -effekt for at få en elektrisk strøm fra en spin -strøm.

I Mn3Sn har ens spin tendens til at akkumulere på overfladen af ​​materialet, så den skæres i tynde lag for at maksimere overfladearealet og dermed kapaciteten af ​​spinstrøm en prøve bærer. Forskerne har allerede integreret dette materiale i en funktionel enhed til at tjene som en test seng for mulige applikationer og er begejstrede for udsigterne.

"Strømeffektivitet i elektriske systemer er nok til at vække interesse hos nogle, men brugen af ​​antiferromagneter til at generere spinstrømme kan også forbedre andre aspekter af teknologi, "siger Otani." Antiferromagneter miniaturiseres lettere, operere ved højere frekvenser og pakke tættere end ferromagneter. "

Men hvordan oversættes disse ideer til applikationer?

"Miniaturisering betyder, at spintronic -enheder kan laves til mikrochips, "fortsætter Otani." Høje frekvenser betyder, at spintronic -chips kan overgå elektroniske i driftshastighed, og højere densitet fører til større hukommelseskapacitet. Også lav spredning i spin -strømme ved stuetemperatur forbedrer strømeffektiviteten yderligere. "

Enheder baseret på den traditionelle spin Hall -effekt findes allerede inden for spintronics -forskning, men den magnetiske spin -Hall -effekt og nye anvendte materialer kan i høj grad forbedre alle former for teknologi.

"Der er stadig meget arbejde at gøre, herunder udforskning af de underliggende principper bag det fænomen, vi undersøger, "slutter Otani." Drevet af mysterier fra eksotiske materialer, Jeg er begejstret for at være en del af denne teknologiske revolution. "