Расширение возможностей сверхбыстрых наноустройств

«Электроны несут заряд, а также спин-угловой момент. В типичном токе заряда спин-угловой момент электронов является случайным, поэтому спинового тока нет», — пояснил Дэвид Кэхилл, профессор материаловедения и инженерии из Иллинойса. «Однако, когда электроны движутся с частичным выравниванием спинового углового момента, мы называем это спиновым током, который является ключевым элементом для устройств спинтроники нанометрового масштаба.

«Понятно, что спиновый ток может вращать намагниченность. Другими словами, мы можем использовать спиновой ток для выбора состояния« 0 »или« 1 »устройств магнитной памяти. Для сверхбыстрой работы таких наноустройств генерирование спинового тока в пикосекундах — одна триллионная секунды — шкала времени, которую трудно достичь с помощью электрических цепей, очень желательна », — добавил Кэхилл.

«В типичном подходе к электрической цепи спиновой ток управляется разностью напряжений в структуре. В этой работе мы использовали разницу в температуре для генерации спиновых токов», — пояснил Гюн-Мин Чой, ведущий автор статьи. «Спиновый ток генерируется. за счет сверхбыстрого размагничивания с тепловым приводом ", опубликованном в Nature Communications.

«Металлический ферромагнетик имеет три резервуара энергии: электроны, магноны и фононы», — заявил Чой. «Используя ультракороткий лазерный свет, мы создали разницу температур между этими резервуарами тепловой энергии на несколько пикосекунд. Разница температур между электроном и магноном вызывает обмен спин-угловым моментом.«Таким образом, мы переносим спиновый угловой момент от магнонов к электронам, и этот перенос приводит к сверхбыстрому спиновому току», — добавил Чой. «Мы называем этот спиновый ток термически обусловленным и полагаем, что наши результаты расширяют зарождающуюся дисциплину спиновой калоритроники в режим пикосекундных временных масштабов.

По словам Чоя, у тепловой генерации есть два преимущества по сравнению с электрической.«Тепловая генерация спина имеет потенциал более высокой эффективности, чем генерация спина электрическими токами.

Наша работа показывает, что тепловой спиновый ток может быть достаточно большим, чтобы вращать намагниченность. Хотя величина спинового тока все же меньше, чем требуется для практических приложений, мы показываем потенциал тепловой генерации.

«Второе преимущество — это быстрая шкала времени. Временная шкала спиновых токов, генерируемых электрическими токами, ограничена несколькими наносекундами.

В этой работе мы можем создать спиновой ток с временной шкалой в несколько пикосекунд. Пикосекундная генерация спинового тока — это желательно для быстрой работы устройств с магнитной памятью ».


Портал обо всем