Nye elektronspin-hemmeligheder afsløret:Opdagelse af en ny sammenhæng mellem magnetisme og elektricitet

Forskere fra det norske universitet for videnskab og teknologi (NTNU) og University of Cambridge i Storbritannien har vist, at det er muligt direkte at generere en elektrisk strøm i et magnetisk materiale ved at dreje dets magnetisering.

Resultaterne afslører en ny sammenhæng mellem magnetisme og elektricitet, og kan have applikationer inden for elektronik.

Den elektriske strømgenerering demonstreret af forskerne kaldes ladningspumpning. Ladningspumpning giver en kilde til meget højfrekvente elektriske vekselstrømme, og dets størrelse og afhængighed af det eksterne magnetiske felt kan bruges til at detektere magnetisk information.

Resultaterne kan, derfor, tilbyde nye og spændende måder at overføre og manipulere data i elektroniske enheder baseret på spintronics, en teknologi, der bruger elektronspin som grundlag for informationslagring og -manipulation.

Forskningsresultaterne offentliggøres som en Advance Online Publication (AOP) den Natur nanoteknologi 's hjemmeside den 10. november 2014.

Spintronics er allerede blevet udnyttet i magnetisk massedatalagring siden opdagelsen af ​​den gigantiske magnetoresistens-effekt (GMR) i 1988. For deres bidrag til fysikken, opdagere af GMR blev tildelt Nobelprisen i 2007.

Grundlaget for spintronics er lagring af information i den magnetiske konfiguration af ferromagneter og udlæsning via spin-afhængige transportmekanismer.

"Meget af fremskridtene inden for spintronik er et resultat af at udnytte koblingen mellem elektronspin og dets orbitale bevægelse, men vores forståelse af disse interaktioner er stadig umoden. Vi har brug for at vide mere, så vi fuldt ud kan udforske og udnytte disse kræfter, siger Arne Brataas, professor ved NTNU og den tilsvarende forfatter til papiret.

En elektron har et spin, en tilsyneladende intern rotation, ud over en elektrisk ladning. Spin kan være op eller ned, repræsenterer rotationer med uret og mod uret.

Ren spin -strøm er ladestrømme i modsatte retninger for de to spin -komponenter i materialet.

Det har været kendt i nogen tid, at rotation af magnetiseringen i et magnetisk materiale kan generere rene spinstrømme i tilstødende ledere.

Imidlertid, rene spinstrømme kan ikke konventionelt detekteres af et voltmeter på grund af annulleringen af ​​den tilhørende ladningsstrøm i samme retning.

Et sekundært spin-charge konverteringselement er derefter nødvendigt, såsom en anden ferromagnet eller en stærk spin-kredsløbsinteraktion, hvilket forårsager en spin Hall-effekt.

Brataas og hans samarbejdspartnere har demonstreret, at i en lille klasse af ferromagnetiske materialer, spin-ladnings-omdannelsen sker i selve materialerne.

De spin-strømme, der skabes i materialerne, omdannes således direkte til ladestrømme via spin-orbit-vekselvirkningen.

Med andre ord, ferromagneterne fungerer iboende som generatorer af vekselstrømme drevet af den roterende magnetisering.

"Fænomenet er et resultat af en direkte forbindelse mellem elektricitet og magnetisme. Det giver mulighed for nye nanoskala detektionsteknikker af magnetisk information og for generering af meget højfrekvente vekselstrømme, " siger Brataas.

Generering og modulering af højfrekvente strømme er centrale trådløse kommunikationsenheder såsom mobiltelefoner, WLAN-moduler til personlige computere, Bluetooth-enheder og fremtidige bilradarer.