En forsømt mekanisme i antiferromagneter kan være nøglen til spintronics

Der gøres en enorm indsats verden over på et teknologisk område, der langt kan overgå konventionel elektroniks muligheder:Spintronics. I stedet for at operere baseret på den kollektive bevægelse af ladede partikler (elektroner), spintronic -enheder kunne udføre hukommelseslagring og dataoverførsel ved at manipulere spin, en iboende egenskab ved elementarpartikler relateret til vinkelmoment, og hvorfra der opstår mange magnetiske egenskaber i materialer. Desværre, at kontrollere spin har vist sig at være en udfordrende indsats, førende fysikere og ingeniører til at lede efter effektive materialer og teknikker til at gøre det.

I denne henseende antiferromagnetiske materialer (AFM'er) er gode kandidater til spintronics, fordi de er modstandsdygtige over for eksterne magnetfelter og giver mulighed for at skifte spin -værdier i tidsskalaer af picosekunder. En lovende strategi til at manipulere spinorientering i AFM'er er at bruge en optisk laser til at skabe ekstremt kortvarige magnetfeltpulser, et fænomen kendt som den inverse Faraday -effekt (IFE). Selvom IFE i AFM genererer to meget forskellige typer moment (rotationskraft) på deres magnetisering, det ser nu ud til, at det vigtigste af de to på en eller anden måde er blevet forsømt i forskning.

I en nylig undersøgelse offentliggjort i Naturkommunikation , en trio af forskere, herunder professor Takuya Satoh fra Tokyo Tech, Japan, dykkede dybt i dette spørgsmål. Spindynamik i AFM'er beskrives ved en sum af to udtryk:feltlignende drejningsmoment og dæmpningslignende drejningsmoment. Det sidste, som ordet 'dæmpning' antyder, er relateret til den gradvise forfald (eller døende) af de spin -svingninger, der udløses af de optiske pulser på materialet.

Indtil nu, forskere studerede det dæmpningslignende drejningsmoment kun ud fra spin-afslapning efter excitation, mener, at dens amplitude er lille under ultrakort spin -excitationsprocessen. I dette studie, imidlertid, Prof Satoh og kolleger fandt det sådan, i nogle tilfælde, hovedspilleren med hensyn til spinorientering på grund af IFE. Gennem teoretiske analyser og eksperimentel verifikation i både YMnO3 og HoMnO3, de præciserede de betingelser, hvorunder dæmpningseffekten bliver den dominerende spin -excitationsmekanisme.

En forenklet fortolkning af fundene kan være som følger. Forestil dig et hængende pendul (magnetiseringsretning), der svinger i brede buer, tegner en meget udtalt ellipse. Det dæmpningslignende drejningsmoment frembringer en stor øjeblikkelig forstyrrelse i retning af den lille diameter, 'vippe den af' og få den til at læne sig som en snurretoppe, der er ved at falde. "Den ellers lille dæmpningsrelaterede magnetisering forårsager en stor centrifugering på grund af den ekstreme ellipticitet, der er forbundet med AFM'er, "forklarer prof Satoh." I betragtning af at det er muligt at justere dæmpningens styrke ved strategisk at vælge ionerne i AFM, vi har muligvis fundet en måde at justere materialegenskaber til specifikke spintronic -applikationer, "tilføjer han.

Forskertrioen testede også, hvordan spin -dynamik påvirkes af temperatur, som påvirker og endda ødelægger antiferromagnetisk orden forbi visse tærskler. Ved at placere materialerne tæt på de kritiske overgangspunkter, de formåede at producere en mere udtalt effekt fra dæmpningstype drejningsmoment. Er spændt på resultaterne, Prof Satoh bemærker:"Vores resultater indikerer, at optisk genererede drejningsmomenter kan udgøre det længe efterspurgte værktøj, der muliggør effektiv realisering af ultrahurtig centrifugering i AFM'er."

Selvom meget mere forskning helt sikkert vil være nødvendig, før anvendt spintronics bliver en realitet, afdækning af effektive mekanismer til spin -manipulation er naturligvis blandt de første trin. Denne undersøgelse viser, at sådanne mekanismer kan være skjult i fænomener, vi kender og forsømmer!