Ny metode til brug af spinbølger i magnetiske materialer

Mindre, hurtigere, mere energieffektive-det er det mål, udviklere af elektroniske enheder har arbejdet hen imod i årevis. For at kunne miniaturisere individuelle komponenter i mobiltelefoner eller computere f.eks. Magnetbølger betragtes i øjeblikket som lovende alternativer til konventionel dataoverførsel, der fungerer ved hjælp af elektriske strømme. Årsagen:Efterhånden som chips bliver mindre og mindre, elektrisk dataoverførsel på et tidspunkt når sine grænser, fordi elektroner, der er meget tæt på hinanden, afgiver meget varme - hvilket kan føre til afbrydelse af fysiske processer.

Højfrekvente magnetiske bølger, derimod, kan formeres i selv de mindste nanostrukturer og dermed overføre og behandle information. Det fysiske grundlag herfor er det såkaldte spin af elektroner i det magnetiske materiale, som kan forenkles som en rotation af elektronen omkring sin egen akse. Imidlertid, spin -bølger i mikroelektronik har hidtil kun været begrænset anvendt, på grund af den såkaldte dæmpning, som virker på spinbølgerne og svækker dem.

Fysikere ved universitetet i Münster (Tyskland) har nu udviklet en ny tilgang, der eliminerer uønsket dæmpning og gør det lettere at bruge spinbølger. "Vores resultater viser en ny måde til anvendelse af effektive spin-drevne komponenter, "siger Dr. Vladislav Demidov, studieleder (Institute for Applied Physics, Forskningsgruppe Demokritov). Den nye tilgang kan være relevant for fremtidig udvikling inden for mikroelektronik, men også til yderligere forskning i kvanteteknologier og nye computerprocesser. Undersøgelsen blev offentliggjort i tidsskriftet Naturkommunikation .

Baggrund og metode:

Magnonics er navnet på det forskningsfelt, hvor forskere studerer elektronspins og deres bølger i magnetiske materialer. Udtrykket stammer fra magnetismens partikler, som kaldes magnoner, svarende til spin -bølger.

Den bedste måde at elektronisk kompensere forstyrrende dæmpning af spinbølger er den såkaldte spin Hall-effekt, som blev opdaget for et par år siden. Elektronerne i en spin -strøm afbøjes sidelæns afhængigt af orienteringen af ​​deres spin, hvilket gør det muligt effektivt at generere og styre spinbølger i magnetiske nano-enheder. Imidlertid, såkaldte ikke-lineære effekter i svingningerne fører til, at spin Hall-effekten ikke fungerer korrekt i praktiske applikationer-en grund til, at forskere endnu ikke har været i stand til at realisere dæmpningsfrie spin-bølger.

I deres eksperiment, forskerne placerede magnetiske diske lavet af permalloy eller kobolt og nikkel, kun få nanometer tyk, på et tyndt lag platin. Såkaldte magnetiske anisotropier virkede på grænsefladerne mellem de forskellige materialer, hvilket betyder, at magnetiseringen fandt sted i en given retning. Ved at afbalancere anisotropierne i de forskellige lag, forskerne var i stand til effektivt at undertrykke den ugunstige ikke -lineære dæmpning og dermed opnå sammenhængende spinbølger - dvs. bølger, hvis frekvens og bølgeform er ens, og som derfor har en fast faseforskel. Dette gjorde det muligt for forskerne at opnå fuldstændig dæmpningskompensation i magnetsystemet, tillader bølgerne at forplante sig rumligt.

Forskerne forventer, at deres nye tilgang vil have en betydelig indvirkning på den fremtidige udvikling inden for magnonics og spintronics. "Vores resultater åbner en rute for implementering af spin Hall -oscillatorer, der er i stand til at generere mikrobølgesignaler med teknologisk relevante effektniveauer og sammenhæng, "understreger Boris Divinskiy, en ph.d. studerende ved Institute for Nonlinear Magnetic Dynamics ved Münster University og første forfatter af undersøgelsen.