Rapporten kaster ny indsigt i spindynamikken i en materialekandidat til enheder med lavt strømforbrug

Computere behandler og overfører data gennem elektriske strømme, der passerer gennem små kredsløb og ledninger. Da disse strømme møder modstand, de skaber varme, der kan underminere effektiviteten og endda sikkerheden af ​​disse enheder.

For at minimere varmetab og optimere ydeevnen til laveffektteknologi, forskere udforsker andre måder at behandle information på, der kunne være mere energieffektive. En tilgang, som forskere ved det amerikanske energiministeriums (DOE) Argonne National Laboratory udforsker, involverer at manipulere elektronernes magnetiske spin, et videnskabeligt område kendt som spintronik.

"I spintronics, du kan tænke på information som en magnet, der peger den ene vej, og en anden magnet, der peger i den modsatte retning, " sagde Argonne-materialeforsker Axel Hoffman. "Vi er interesserede i, hvordan vi kan bruge magnetisk excitation i applikationer, fordi behandling af information på denne måde bruger mindre energi end at transportere information gennem en elektrisk ladning."

I en rapport offentliggjort i Nano bogstaver , Hoffman og andre forskere afslører ny indsigt i egenskaberne af en magnetisk isolator, der er en kandidat til applikationer med lavt strømforbrug; deres indsigt danner et tidligt springbræt for at udvikle højhastigheds laveffektelektronik, der bruger elektronspin frem for ladning til at transportere information.

Materialet de studerede, yttrium jern granat (YIG), er en magnetisk isolator, der genererer og overfører spinstrøm effektivt og spreder lidt energi. På grund af dens lave spredning, YIG er blevet brugt i mikrobølge- og radarteknologier, men nylige opdagelser af spintroniske effekter forbundet med YIG har fået forskere til at udforske potentielle spintroniske applikationer.

I deres rapport, Argonne-forskere karakteriserer spindynamikken forbundet med en lille prøve af YIG, når dette materiale udsættes for en elektrisk strøm.

"Dette er første gang for nogen, der har målt spindynamik på en prøvestørrelse så lille, " sagde Benjamin Jungfleisch, en Argonne postdoc udnævnt og hovedforfatter af rapporten. "Det er afgørende at forstå adfærden i en lille størrelse, fordi disse materialer skal være små for nogensinde at have potentialet til at blive integreret med succes i enheder med lavt strømforbrug."

Forskere knyttede YIG-prøven til platin nanotråde ved hjælp af elektrisk strålelitografi, skabe en mikrometer-størrelse YIG/platin struktur. De sendte derefter en elektrisk strøm gennem platinet for at excitere YIG og drive spindynamikken. De tog derefter elektriske målinger for at karakterisere magnetiseringsdynamikken og måle, hvordan denne dynamik ændrede sig ved at formindske YIG.

"Når man krymper materialer, de kan opføre sig på forskellige måder, måder, der kunne udgøre en vejspærring for at identificere og aktualisere potentielle nye applikationer, " sagde Hoffman. "Det vi har observeret er, at selvom der er små detaljer, der ændrer sig, når YIG gøres mindre, der ser ikke ud til at være en grundlæggende vejspærring, der forhindrer os i at bruge de fysiske tilgange, vi bruger til små elektriske enheder."

Rapporten, med titlen "Isolerende nanomagneter drevet af spindrejningsmoment, " er offentliggjort i Nano bogstaver .