Forskning tager elektroner på spil for at bevæge sig mod mere effektiv, data med højere tæthed

Forskere ved New York University og IBM Research har demonstreret en ny mekanisme, der involverer elektronbevægelse i magnetiske materialer, der peger på nye måder at potentielt forbedre datalagring. Arbejdet, rapporteret i journalen Fysiske anmeldelsesbreve , afslører en proces til at indstille retningen af ​​den magnetiske information, eller spin, baseret på en elektrisk strøm.

Opdagelsen stammer fra det videnskabelige felt af spintronics, som betragter kondenseret stof og kvantefysik. Spintronics er en forkortelse for elektronik, eller elektriske apparater, der bruger elektronens spin ud over dens elektriske ladning.

"Et af hovedmålene med spintronikforskning er at kontrollere retningen af ​​elektroners spin i materialer, " forklarer Andrew Kent, en professor i NYU's Institut for Fysik og en af ​​papirets seniorforfattere. "Denne forskning viser en ny og fundamental mekanisme til at indstille elektronspinretningen i et ledende materiale."

"Dette fremskridt inden for spintronics tilbyder en ny måde at udøve drejningsmoment på et magnetisk lag, " tilføjer senior medforfatter Jonathan Sun fra IBM Research og en gæsteforsker ved NYU. "Det er et lovende fremskridt, der har potentialet til at reducere energi- og pladsbehovet til enhedsdatalagring."

Arbejdet, udført med Junwen Xu, en NYU -kandidatstuderende, og Christopher Safranski fra IBM Research, er det seneste eksempel på et fænomen, der er centralt for overførsel af information:at ændre den fra en form til en anden.

For eksempel, mobiltelefoner konverterer stemme og e-mails til radiobølger, der rejser til mobiltelefontårne, hvor signalerne omdannes til elektriske, mens internettet omdanner elektriske signaler til optiske (dvs. lysimpulser) til langdistancetransmission.

I den Fysiske anmeldelsesbreve forskning, Safranski, Sol, Xu, og Kent fokuserede på at demonstrere en ny mekanisme til kontrol af spin-retningen - den retning, der styrer de lagrede informationsbidder.

Historisk set strømflow i ikke-magnetiske tungmetaller har vist sig at føre til spinpolarisering, eller en retning af dets netto magnetiske moment, ved overfladen af ​​lederen, en effekt kendt som spin Hall-effekten. Imidlertid, retningen af ​​spinpolarisationen i spin Hall-effekten er altid parallel med lederens overflade. Dette begrænser dets anvendelser, fordi det kun giver én mulig spinpolariseringsakse, begrænse lagringstætheden.

I den Fysiske anmeldelsesbreve forskning, forskerne brugte planar-Hall-effekten i en ferromagnetisk leder til at styre orienteringen af ​​spin-polarisationsaksen.

Specifikt, de indsatte en ferromagnetisk leder - jern, nikkel, og kobolt er eksempler på sådanne ledere - og fandt ud af, at strømstrømmen i lederen kan producere en spinpolarisering, der er i en retning, der er indstillet af dens magnetiske moment. Dette er vigtigt, fordi den magnetiske momentretning nu kan indstilles i stort set enhver ønsket retning for derefter at indstille spinpolarisationen - en fleksibilitet, der ikke er mulig under konturerne af spin Hall-effekten i ikke-magnetiske tungmetaller.

De fandt også ud af, at disse polariserede spins bevæger sig uden for det ferromagnetiske lag og fører til en ren centrifugeringsstrøm-en spin-strøm uden tilknyttet elektrisk strøm-i et tilstødende ikke-magnetisk metal. Dette fænomen har potentialet til at muliggøre en ny generation af spin-styret hukommelsesenhed til højere tæthed og mere effektiv hukommelsesteknologi.