Spintronics forskning viser materialers magnetiske egenskaber kan forudsige, hvordan en spinstrøm ændrer sig med temperaturen

Spintronics er et felt, der høster enorm opmærksomhed for sin række potentielle fordele for konventionel elektronik. Disse omfatter reduktion af strømforbrug, højhastighedsdrift, ikke-volatilitet og potentialet for nye funktionaliteter.

Spintronics udnytter elektronernes iboende spin, og grundlæggende for feltet er at kontrollere strømmene af spin-frihedsgraden, dvs. spin-strømme. Forskere er fokuseret på måder at oprette, fjerne og kontrollere dem til fremtidige applikationer.

Det er ikke nemt at opdage spinstrømme. Det kræver brug af makroskopisk spændingsmåling, som ser på de overordnede spændingsændringer over et materiale. En almindelig anstødssten har imidlertid været mangel på forståelse for, hvordan denne spinstrøm faktisk bevæger sig eller forplanter sig i selve materialet.

Et team af forskere rapporterer nu om en metode til at forudsige, hvordan spinstrøm ændrer sig med temperaturen. Undersøgelsen er publiceret i Applied Physics Letters .

"Ved brug af neutronspredning og spændingsmålinger demonstrerede vi, at materialets magnetiske egenskaber kan forudsige, hvordan en spinstrøm ændrer sig med temperaturen," siger Yusuke Nambu, medforfatter af papiret og en lektor ved Tohoku University's Institute for Materials Research ( IMR).

Nambu og hans kolleger opdagede, at spinstrømsignalet ændrer retning ved en specifik magnetisk temperatur og falder ved lave temperaturer. Derudover fandt de ud af, at spin-retningen, eller magnon-polarisering, vender både over og under denne kritiske magnetiske temperatur. Denne ændring i magnon-polarisation korrelerer med spinstrømmens vending og kaster lys over dens udbredelsesretning.

Ydermere viste det undersøgte materiale magnetisk adfærd med distinkte spalteenergier. Dette tyder på, at under temperaturen forbundet med denne spalteenergi er spinstrømbærere fraværende, hvilket fører til det observerede fald i spinstrømsignalet ved lavere temperaturer. Bemærkelsesværdigt følger spinstrømmens temperaturafhængighed et eksponentielt henfald, hvilket afspejler neutronspredningsresultaterne.

Nambu understreger, at deres resultater understreger betydningen af ​​at forstå mikroskopiske detaljer i forskning i spintronik. "Ved at tydeliggøre den magnetiske adfærd og deres temperaturvariationer kan vi opnå en omfattende forståelse af spinstrømme i isolerende magneter, hvilket banede vejen for at forudsige spinstrømme mere præcist og potentielt udvikle avancerede materialer med forbedret ydeevne."

Flere oplysninger: Y. Kawamoto et al., Forståelse af spinstrømme fra magnon-dispersion og -polarisering:Spin-Seebeck-effekt og neutronspredningsundersøgelse på Tb₃ Fe₅ O₁₂ , Anvendt fysikbreve (2024). DOI:10.1063/5.0197831

Journaloplysninger: Anvendt fysikbreve

Leveret af Tohoku University