Ny teori kan ændre designet af fremtidige spintroniske kredsløb

Strømmen af ​​elektrisk ladning ligger i hjertet af elektroniske kredsløb. Imidlertid, elektroner har også spin, og strømme af elektronspin spiller en afgørende rolle i spintroniske kredsløb. Disse kan være afgørende for vores fremtidige computerteknologier. Et aktuelt problem med traditionelle spintroniske materialer såsom magnetiske materialer er, at de er modtagelige for elektromagnetiske felter, som kan forstyrre spinflows. Derfor, ikke-magnetiske materialer, der er modstandsdygtige over for disse felter, er et attraktivt alternativ. Rembert Duine fra Eindhoven University of Technology og Utrecht University har sammen med Andreas Rückriegel fra Utrecht University udviklet en ny teori til at studere spintransport i ikke-magnetiske materialer. Denne teori kan hjælpe med design og udvikling af nye materialer til fremtidige spintroniske applikationer.

Siden 1990'erne har spintronics har været på forkant med udviklingen inden for teknologier lige fra harddiske til smartphones. Elektroniske kredsløb bruger elektronladning til at behandle information, hvor ladning kan repræsentere som en, og fravær af ladning repræsenterer et nul. Spintroniske kredsløb bruger elektronspin til at transportere information, og spin kan enten være "op" eller "ned". I spintronics, disse to spin-tilstande repræsenterer enere og nuller. Disse spins genererer små magnetiske felter, og når de udsættes for et magnetfelt, spins kan tvinges til at justere i én retning. Justeringen af ​​disse spins i materialet assisteres af spin-bølger, ellers kendt som magnons.

Typisk, spintroniske kredsløb er baseret på magnetiske isolatorer, der ikke leder elektrisk ladning, men kan transportere spin. Imidlertid, elektromagnetiske felter kan forstyrre spin-orienteringen og føre til ustabilitet. På den anden side, ikke-magnetiske materialer påvirkes ikke af elektromagnetiske felter, hvilket betyder, at de pålideligt kan overføre spin information. I stedet for magnoner, spin information kan transmitteres i ikke-magnetiske materialer ved hjælp af fononer, som er kvasipartikler involveret i transmissionen af ​​vibrationsbølger gennem materialer. Rembert Duine, professor ved Institut for Anvendt Fysik (TU/e) og ved Utrecht University, sammen med Andreas Rückriegel fra Utrecht University har udviklet en ny teori til at studere udbredelsen af ​​spin via fononer gennem ikke-magnetiske materialer.

Model detaljer

I deres nye model, Duine og Rückriegel sandwich et ikke-magnetisk materiale mellem to magnetiske materialer. En spinstrøm båret af magnoner genereres i magnetisk materiale til venstre for det ikke-magnetiske materiale. Når spinstrømmen når grænsefladen, det interagerer med spins i det ikke-magnetiske materiale, hvilket fører til en fononreguleret spinstrøm gennem det ikke-magnetiske materiale. Når fononstrømmen når det andet ikke-magnetiske materiale/magnetiske grænseflade, phonon spin-strømmen anstifter en magnon-strøm i det magnetiske materiale til højre.

"Modellen viser, at interaktioner mellem spins i de magnetiske isolatorer og fononer i det ikke-magnetiske materiale letter en spinstrøm mellem magneterne, der bevæger sig gennem den ikke-magnetiske isolator, der adskiller magneterne", siger Duine. Vigtigt, den resulterende phonon-spinstrøm giver mulighed for spin-overførsel fra den ene magnet til den anden over afstande på millimeterskalaen. "Vores model er kun det første skridt. Dette skal verificeres eksperimentelt, men dette kan få praktiske konsekvenser for elektrisk drevne spintroniske enheder i fremtiden", tilføjer Duine.

Dette værk er udgivet i Fysisk gennemgangsbreve ( PRL ) og omtalt i "Fysik" - online, gratis magasin fra American Physical Society.