Трение и сопротивление также существуют на квантовом уровне, в царстве атомов и молекул, невидимых невооруженным глазом. Но то, как эти силы взаимодействуют между материалами и источниками энергии, остается под вопросом.
В новом исследовании физик-теоретик из Университета Айовы Майкл Флатт предполагает, что магнитный ток, протекающий через лист магнитного железа, вызовет ток во втором соседнем листе магнитного железа, даже если эти листы не соединены. По словам Флетта и его команды, движение создается, когда электроны, магнитный спин которых нарушается током на первом листе, посредством электромагнитного излучения создают силу, создающую магнитное вращение во втором листе.Полученные данные могут оказаться полезными в развивающейся области спинтроники, которая стремится направить энергию спиновых волн, генерируемых электронами, для создания более компактных, более энергоэффективных компьютеров и электронных устройств.«Это означает, что существует больше способов манипулировать магнитными токами, чем мы думали, и это хорошо», — говорит Флетт, старший автор и руководитель группы по статье, опубликованной 9 июня в журнале Physical Review Letters.
Флатт изучал, как токи в магнитных материалах могут быть использованы для создания электронных схем в наномасштабе, где размеры измеряются в миллиардных долях метра, или примерно 1/50 000 ширины человеческого волоса. Ученые знали, что электрический ток, введенный в провод, будет перетягивать ток в другой соседний провод. Команда Флатте пришла к выводу, что те же эффекты могут быть верными и для магнитных токов в магнитных слоях.В магнитном веществе, таком как железо, каждый атом действует как маленький индивидуальный магнит.
Эти атомные магниты имеют тенденцию указывать в одном направлении, как набор крошечных компасов, зафиксированных на общей магнитной точке. Но малейшее нарушение направления только одного из этих атомных магнитов приводит в беспорядок всю группу: коллективная магнитная сила в группе уменьшается. Наименьшее индивидуальное нарушение называется магноном.
Флатт и его команда сообщают, что постоянный ток магнонов, введенный в один магнитный слой железа, будет производить ток магнонов во втором слое — в той же плоскости слоя, но под углом к введенному току. Они предполагают, что спины электронов, возмущенные в слое, куда был введен ток, вступают в своего рода «перекрестный разговор» со спинами в другом слое, создавая силу, которая увлекает спины вперед.
«Что интересно, вы получаете этот отклик (в слое без введенного тока), даже если между слоями нет физической связи», — говорит Флетт, профессор кафедры физики и директор Центра оптических наук и технологий в пользовательском интерфейсе. «Это физическая реакция через электромагнитное излучение».Как электроны в одном слое общаются и диктуют действие электронам в отдельном слое, довольно странно.Возьмем электричество: когда электрический ток течет по одному проводу, взаимное трение увлекает ток в соседний провод. На квантовом уровне физическая динамика кажется иной.
Представьте себе, что у каждого электрона в твердом теле есть внутренний стержневой магнит, своего рода крошечный компас. В магнитном материале эти внутренние стержневые магниты выровнены. Когда к твердому телу прикладывается тепло или ток, компасы электронов меняют свое положение, создавая магнитную спиновую волну, которая колеблется по твердому телу. В теоретическом случае, изученном Флаттом, возмущение твердого тела возбуждает магноны в одном слое, которые затем оказывают влияние на другой слой, создавая спиновую волну в другом слое, даже если он физически отделен.
«Оказывается, тот же эффект наблюдается и со спиновыми волнами», — говорит Флетт.Среди авторов, участвующих в исследовании, — Тянью Лю с факультета физики и астрономии UI и Джованни Виньяле из Университета Миссури, Колумбия.
Национальный научный фонд США финансировал исследование за счет грантов Центра новых материалов.