Работа Ву переворачивает преобладающие представления о том, как генерировать поток спинов. «Это открытие в истинном смысле этого слова», — сказал Ананд Бхаттачарья, физик из Аргоннского отдела материаловедения и Центра наноразмерных материалов (пользовательское учреждение Министерства энергетики США), который является главным исследователем проекта. «Ничего подобного нет».Спин — это квантовое свойство электронов, которое ученые часто сравнивают с крошечным стержневым магнитом, который направлен либо «вверх», либо «вниз». До сих пор ученые и инженеры полагались на сжатие электроники, чтобы сделать их быстрее, но теперь необходимо использовать все более умные методы для поддержания непрерывного развития электронных технологий, поскольку мы достигли предела того, насколько малы мы можем создать транзистор. Один из таких методов состоит в том, чтобы отделить поток спина электронов от потока электронного тока, развенчивая идею о том, что информация должна передаваться по проводам, и вместо этого пропускать ее через изоляторы.
Чтобы создать ток спинов в изоляторах, ученые обычно удерживают электроны в неподвижном состоянии в решетке из изолирующего ферромагнитного материала, такого как железо-иттриевый гранат (ЖИГ). Когда они применяют градиент тепла к материалу, спины начинают «двигаться», то есть информация об ориентации спина передается от одной точки к другой вдоль решетки, во многом так же, как волна движется через воду, фактически не транспортировка молекул воды куда угодно.
Считается, что спиновые возбуждения, известные как магноны, переносят ток.Ву решил продолжить предыдущую работу со спиновыми токами, распространив ее на другие материалы, используя новую технику, которую он разработал.
Он работал над созданием устройств в тысячу раз меньше, чем используемые типичные системы, что дало ему больше контроля над теплом и позволило ему создавать большие температурные градиенты на меньшей площади. «Это было ключом к тому, почему мы смогли провести этот эксперимент», — говорит он.Ву посмотрел на слой ферромагнитного ЖИГ на подложке из парамагнитного гадолиний-галлиевого граната (GGG). Он ожидал, что GGG не предпримет никаких действий: в парамагнетике спины не выровнены, как в ферромагнетике. Они не генерируют магнитное поле, не производят магнонов, и кажется, что спины не могут взаимодействовать друг с другом.
Но, ко всеобщему удивлению, спиновой ток в GGG был сильнее, чем в YIG. «Спины в системе не разговаривали друг с другом. Но мы все же обнаружили измеримый спиновой ток », — говорит Ву. «Такого эффекта не должно быть вообще».Следующий шаг — выяснить, почему это происходит.«Мы не знаем, как это работает», — сказал Бхаттачарья. «Здесь есть возможность для кого-то выдвинуть теорию на этот счет».
Ученые также хотят найти другие материалы, которые демонстрируют этот эффект. «Мы думаем, что здесь может работать и другая новая физика», — сказал Бхаттачарья. «Потому что, поскольку материал не является ферромагнетиком, объекты, которые вращают спин, не являются тем, что мы обычно понимаем».Между тем, сказал Ву, «мы только что сняли ферромагнетизм с его пьедестала.
В спинтронике не обязательно использовать ферромагнетик. Теперь вы можете использовать либо парамагнитный металл, либо парамагнитный изолятор ».
Для получения дополнительной информации см. Статью «Парамагнитный спиновой эффект Зеебека», опубликованную в журнале Physical Review Letters.