Результаты показывают новую связь между магнетизмом и электричеством и могут найти применение в электронике.Генерация электрического тока, продемонстрированная исследователями, называется зарядовой накачкой.
Накачка заряда обеспечивает источник переменного электрического тока очень высокой частоты, и его величина и зависимость от внешнего магнитного поля могут использоваться для обнаружения магнитной информации.Таким образом, результаты могут предложить новые захватывающие способы передачи и управления данными в электронных устройствах, основанных на спинтронике, технологии, которая использует спин электронов в качестве основы для хранения информации и манипулирования ею.
Результаты исследования были опубликованы в виде предварительной онлайн-публикации (AOP) на веб-сайте Nature Nanotechnology 10 ноября 2014 года.Спинтроника уже использовалась для хранения магнитных масс с момента открытия эффекта гигантского магнитосопротивления (ГМС) в 1988 году.
За свой вклад в физику первооткрыватели ГМС были удостоены Нобелевской премии в 2007 году.В основе спинтроники лежит хранение информации в магнитной конфигурации ферромагнетиков и считывание через спин-зависимые механизмы переноса.«Значительный прогресс в спинтронике стал результатом использования связи между спином электрона и его орбитальным движением, но наше понимание этих взаимодействий все еще остается незрелым. Нам нужно знать больше, чтобы мы могли полностью исследовать и использовать эти силы», — говорит он.
Арне Братаас, профессор NTNU и автор-корреспондент статьи.Электрон имеет спин, внешнее внутреннее вращение, в дополнение к электрическому заряду. Вращение может быть вверх или вниз, что соответствует вращению по часовой стрелке и против часовой стрелки.
Чистые спиновые токи — это зарядовые токи в противоположных направлениях для двух спиновых компонентов в материале.В течение некоторого времени было известно, что вращение намагниченности в магнитном материале может генерировать чистые спиновые токи в соседних проводниках.Однако чистые спиновые токи не могут быть обнаружены с помощью вольтметра обычным образом из-за отмены соответствующего потока заряда в том же направлении.
Тогда необходим вторичный элемент преобразования спинового заряда, такой как другой ферромагнетик или сильное спин-орбитальное взаимодействие, которое вызывает спиновый эффект Холла.Братаас и его сотрудники продемонстрировали, что в небольшом классе ферромагнетиков преобразование спинового заряда происходит в самих материалах.
Таким образом, спиновые токи, создаваемые в материалах, напрямую преобразуются в токи заряда через спин-орбитальное взаимодействие.Другими словами, ферромагнетики по своей сути действуют как генераторы переменных токов, управляемых вращающейся намагниченностью.
«Это явление является результатом прямой связи между электричеством и магнетизмом. Оно дает возможность использовать новые методы обнаружения магнитной информации в нанометровом масштабе и генерировать переменные токи очень высокой частоты», — говорит Братаас.
Генерация и модуляция высокочастотных токов — это центральные устройства беспроводной связи, такие как мобильные телефоны, модули WLAN для персональных компьютеров, устройства Bluetooth и будущие автомобильные радары.В исследовательскую группу также входили ученые из Копенгагенского университета; Институт физики ASCR, Чешская Республика; Калифорнийский университет в Лос-Анджелесе; и Японское агентство науки и технологий.