Magnetik med et twist:Forskere finder en ny måde at billedspins på

Cornell -forskere har sat et nyt spin på måling og styring af centrifugeringer i nikkeloxid, med henblik på at forbedre elektroniske enheds hastighed og hukommelseskapacitet.

Deres papir, "Spin Seebeck Imaging of Spin-Torque Switching in Antiferromagnetic Pt/NiO Heterostructures" blev offentliggjort 22. oktober i Fysisk gennemgang X .

En af specialforfatterne fra seniorforfatter Greg Fuchs, lektor i anvendt og teknisk fysik, er spintronics - studiet af spin (en type vinkelmoment, der kan registrere information), der er ansvarlig for elektronernes magnetiske egenskaber. Fuchs og hans gruppe stræber efter at forstå, hvordan man måler og manipulerer denne magnetisme.

I stedet for at måle magnetisme med traditionelle former for magnetisk mikroskopi - hvor materialer bombarderes med lys, elektroner eller røntgenstråler-Fuchs har foregået en teknik kaldet magneto-termisk mikroskopi. I denne metode, varme påføres materialet i et lille område, og magnetisme i dette område måles af den elektriske spænding, der genereres. Dette gør det muligt for Fuchs 'team at se, hvad der sker, når de manipulerer et magnetisk materiales spins.

Fuchs -gruppen har undersøgt antiferromagnetiske materialer, som er unikke, fordi deres individuelle magnetiske elementer - de bittesmå stykker materiale, der husker informationsstykker baseret på deres orientering - ikke producerer et magnetfelt. Derfor, de kan pakkes tæt sammen uden at forstyrre hinanden, muligvis muliggør lagring med høj densitet. Antiferromagneter er endnu hurtigere søskende til ferromagneter - mere konventionelle magnetiske materialer, der producerer et magnetisk moment. Antiferromagneter har potentiale til at fungere tusinde gange hurtigere, ifølge Fuchs.

Men det er ikke let at forstå antiferromagnetiske materialers adfærd.

"Antiferromagnetisk materiale er svært at studere, fordi hvert andet spin peger i den modsatte retning, så der er ingen nettomagnetisering, "Fuchs siger." Det skaber ikke et magnetfelt. Det er ikke rigtigt modtageligt for konventionelle metoder til magnetisk måling. Der er specialiserede røntgenfaciliteter, der kan gøre det, men der er ikke mange og det begrænser de målinger, du kan foretage. Så du har meget få muligheder. "

Fuchs og hans team udtænkte et smart slutløb omkring problemet ved at vælge den helt rigtige slags antiferromagnetisk materiale-nikkeloxid-som indeholder flere centrifugeringsplaner, med spinnene i hvert andet plan, der peger i modsat retning. I en sandwich af platin og nikkeloxid, spins ved grænsen er alle justeret parallelt med hinanden, tillader forskere at bruge varmestrøm til at måle spinnernes orientering uden at signalet bliver annulleret.

Denne effekt, kaldet "interfacial spin Seebeck -effekten, "var tidligere blevet påvist i ferromagnetiske metaller og isolatorer, men blev kun teoretiseret for antiferromagneter. Ingen havde tidligere demonstreret det - endsige brugt det til at afbilde antiferromagnetiske prøver med standard laboratorieudstyr til bordplader.

"Imaging antiferromagneter giver os mulighed for at se mikroskopisk, hvordan de reagerer på eksterne stimuli, såsom elektrisk strøm. Disse detaljer er kritiske, når man prøver at lave antiferromagnetiske hukommelsesenheder, "siger hovedforfatter Isaiah Gray, en ph.d. studerende i anvendt fysik.

"Du tænker normalt på antiferromagneter som en temmelig hård møtrik. Det er overraskende for mig, at sådan en relativt enkel tilgang virker, "Fuchs sagde." Dette låser op for et helt nyt område med hensyn til, hvad du kan gøre i antiferromagnetiske enheder. Nu kan jeg styre teksturerne i disse materialer, og se derefter, hvordan spins er orienteret. "