Spintronics:Hvordan en atomtynd isolator hjælper med at transportere spins

Et mellemlag bestående af få atomer er med til at forbedre transporten af ​​spinstrømme fra et materiale til et andet. Indtil nu har denne proces medført betydelige tab. Et hold fra Martin Luther University Halle-Wittenberg (MLU), Max Planck Institute (MPI) for Microstructure Physics og Freie Universität Berlin rapporterer i det videnskabelige tidsskrift ACS Nano Letters hvordan dette kan undgås. Forskerne demonstrerer således vigtig ny indsigt, der er relevant for mange spintroniske applikationer, herunder fremtidens energieffektive og ultrahurtige lagringsteknologier.

I moderne mikroelektronik bruges ladningen af ​​elektroner til at transportere information i elektroniske komponenter, mobiltelefoner og lagringsmedier. Ladningstransporten kræver en relativt stor mængde energi og genererer varme. Spintronics kunne tilbyde et energibesparende alternativ. Den grundlæggende idé er at bruge spin i informationsbehandling. Spin er elektronernes iboende vinkelmomentum, der skaber et magnetisk moment. Dette genererer den magnetisme, der i sidste ende vil blive brugt til at behandle information.

I spintronics skal spinstrømme også overføres fra et materiale til det næste. "I mange tilfælde er spin-transporten på tværs af grænseflader en meget tabsgivende proces," forklarer fysiker professor Georg Woltersdorf fra MLU, der ledede undersøgelsen. Holdet ledte efter en måde at afbøde disse tab ved at bruge en tilgang, der i første omgang lyder ret modstridende:de integrerede en isolerende barriere mellem de to materialer.

"Vi designede isolatoren på atomniveau, så den blev metallisk og kunne lede spin-strømmene. Dette gjorde det muligt for os at forbedre spin-transporten betydeligt og optimere grænsefladeegenskaberne," siger Woltersdorf og opsummerer processen. Materialeprøverne blev produceret på Max Planck Institute for Microstructure Physics. Den uventede effekt blev opdaget gennem målinger af spintransport udført på MLU og Freie Universität Berlin. Holdet giver også det teoretiske grundlag for den nye opdagelse. Ifølge Woltersdorf kan dette beskrives ved hjælp af relativt simple modeller uden spin-orbit kobling.

Resultaterne er yderst relevante for mange spintronic-applikationer. For eksempel kan de bruges til at forbedre spintroniske terahertz-emittere. Terahertz-stråling anvendes ikke kun i forskning, men også i højfrekvent elektronik, medicin, materialetestning og kommunikationsteknologi. + Udforsk yderligere

Fysikere viser, hvordan frekvenser nemt kan multipliceres uden særlige kredsløb