Langtransport af dekonfinerede magnetiske pindsvin

Spintronics er et voksende forskningsområde, der har til formål at udvikle enheder, der sender, behandle og gemme oplysninger, der udnytter elektronernes iboende vinkelmoment, kendt som spin. Et centralt mål med spintronics -undersøgelser er at identificere strategier til brug af magnetiske isolatorer til at opnå transport af signaler over lange afstande.

Magnetiske isolatorer er en klasse af materialer, der er meget udbredt over hele verden, hovedsagelig på grund af deres evne til at lede elektriske ladninger. Ligesom metaller leder elektriske ladninger, magnetiske isolatorer kan udføre centrifugeringer. Ikke desto mindre, da spins sjældent bevares i materialer og har en tendens til at forsvinde over lange afstande, indtil nu, at bruge magnetiske isolatorer til at opnå langdistancetransport har vist sig at være meget udfordrende.

Forskere har for nylig demonstreret langtrækkende transport af magnetiske pindsvin, 3D topologiske spinstrukturer, der ofte observeres i almindelige magneter. Deres arbejde, beskrevet i et papir udgivet i Fysisk gennemgangsbreve , kunne have vigtige konsekvenser for udviklingen af ​​spintronic -enheder.

"Vores idé er at ty til topologiske spin-teksturer frem for at spinde sig selv med henblik på langtransport, "Shu Zhang, en af ​​forskerne, der gennemførte undersøgelsen, fortalte Phys.org. "Det magnetiske pindsvin er en type topologisk beskyttet spintekstur, der generisk kommer ud i tredimensionelle magneter. Vores arbejde viser, at pindsvinestrømmen er en velbevaret mængde og kan undersøges for at opnå langtrækkende transport i magnetiske isolatorer."

Den nylige undersøgelse af Zhang og hendes kolleger er baseret på en teoretisk konstruktion kendt som den topologiske bevaringslov, hvilket gjorde det muligt for forskerne at udnytte ideen om hydrodynamik af topologiske spin -teksturer. Denne idé er tidligere blevet undersøgt i en række undersøgelser ledet af fysiker Yaroslav Tserkovnyak.

"Den vigtigste teoretiske tilgang, vi anvendte i vores undersøgelse, er klassisk feltteori, "Forklarede Zhang." Vi beskriver rum-tid-fordelingen af ​​spins som et kontinuerligt vektorfelt, oven på hvilken de topologiske teksturer og deres strømninger kan defineres og studeres. Vi fandt ud af, at den matematiske beskrivelse af pindsvinestrømmene faktisk bærer en analogi med den mest berømte feltteori, elektromagnetismens. "

Da de satte sig for at undersøge langtransport, Zhang og hendes kolleger betragtede specifikt en 'typisk' eksperimentelt gennemførlig opsætning, hvor en pindsvinestrøm injiceres og detekteres ved hjælp af metalkontakter fastgjort til de to ender af en magnet. I deres papir, de foreslår, at i dette scenario, en magnet kunne ses som en leder, der transporterer strømmen af ​​topologiske spin -teksturer med en begrænset konduktans. Denne idé fremhæver i sidste ende potentialet ved at bruge magnetiske isolatorer til at opnå transport over lange afstande.

”Jeg synes, det er meget spændende at forestille sig muligheden for, at almindelige magnetiske isolatorer kan bruges til langdistancetransport, "Zhang sagde." Dette vil gøre det muligt at realisere forskellige spin -kredsløb med høj energieffektivitet på grund af fraværet af Joule -opvarmning. "

I fremtiden, undersøgelsen kan inspirere andre forskerhold til yderligere at undersøge transportdynamikken for topologiske spin -teksturer, især magnetiske pindsvin, som er bredt tilgængelige. Udviklingen af ​​effektive strategier til at kontrollere denne dynamik ville i sidste ende åbne nye muligheder for at muliggøre langdistancetransmission af information i spintronic-enheder ved hjælp af 3D-magnetiske materialer.

"Vi håber snart at se vores ideer testet i eksperimenter, "Zhang sagde." Vores nuværende arbejde er baseret på klassiske eller semiklassiske overvejelser om spins. I fremtiden, det ville være interessant at se, hvordan topologiske spin -teksturer kunne bidrage til transporten i kvantemagneter. "

© 2021 Science X Network