Fysiker från University of Groningen har lyckats ändra flödet av spinnvågor genom en magnet, använder endast en elektrisk ström. Detta är ett stort steg mot spinntransistorn som behövs för att konstruera spintronic -enheter. Dessa lovar att vara mycket mer energieffektiva än konventionell elektronik. Resultaten publicerades den 2 mars Fysiska granskningsbrev .

Spinn är en kvantmekanisk egenskap hos elektroner. Enkelt uttryckt, det får elektroner att bete sig som små magnetiska kompassnålar som kan peka uppåt eller nedåt. Detta kan användas för att överföra eller lagra information, skapa spintronic -enheter som lovar flera fördelar jämfört med normal mikroelektronik.

I en vanlig dator, separata enheter behövs för datalagring (ofta med hjälp av en magnetisk process) och databehandling (elektroniska transistorer). Spintronics kan integrera båda i en enhet, så det skulle inte längre vara nödvändigt att flytta information mellan lagrings- och behandlingsenheter. Vidare, snurr kan lagras på ett icke-flyktigt sätt, vilket innebär att deras lagring inte kräver någon energi, i motsats till normalt RAM -minne. Allt detta innebär att spintronics potentiellt kan göra snabbare och mer energieffektiva datorer.

Vinka

För att inse detta, många steg måste tas och mycket grundläggande kunskap måste inhämtas. Gruppen Physics of Nano Devices av fysikprofessorn Bart van Wees vid University of Groningen Zernike Institute of Advanced Materials ligger i framkant inom detta område. I deras senaste tidning, de presenterar en spinntransistor baserad på magnoner. Magnoner, eller spinnvågor, är en typ av våg som bara förekommer i magnetiska material. 'Du kan se magnoner som en våg, eller en partikel, som elektroner, förklarar Ludo Cornelissen, Doktorand i Van Wees -gruppen och första författare till uppsatsen.

I deras experiment, Cornelissen och Van Wees genererar magnoner i magnetiska material, men också elektriskt isolerande. Elektroner kan inte färdas genom magneten, men spinnvågorna kan - precis som en våg på en stadion rör sig medan åskådarna alla stannar på plats. Cornelissen använde en remsa av platina för att injicera magnoner i en magnet gjord av yttrium järn granat (YIG). 'När en elektronström passerar genom remsan, elektroner sprids genom interaktionen med de tunga atomerna, en process som kallas spin Hall -effekten. Spridningen beror på rotationen av dessa elektroner, så elektroner med snurra upp och snurra ner separeras. '

Snurra flip

Vid gränssnittet mellan platina och YIG, elektronerna studsar tillbaka eftersom de inte kan komma in i magneten. 'När detta händer, deras snurr vänder upp och ner, eller tvärtom. Dock, detta orsakar en parallell snurrning inuti YIG, som skapar en magnon. ' Magnonerna rör sig genom materialet och kan detekteras med en andra platina -remsa.

'Vi beskrev denna spinntransport genom en magnet för en tid sedan. Nu, vi har tagit nästa steg:vi ville påverka transporten. ' Detta gjordes med användning av en tredje platina -remsa mellan injektor och detektor. Genom att applicera en positiv eller negativ ström, det är möjligt att antingen injicera ytterligare magnoner i ledningskanalen eller tömma magnoner från den. 'Det gör att vårt upplägg är analogt med en fälteffekttransistor. I en sådan transistor, ett elektriskt fält i en grindelektrod minskar eller ökar antalet fria elektroner i kanalen, på så sätt stänga av eller öka strömmen. '

Cornelissen och hans kollegor visar att tillsats av magnoner ökar spinnströmmen, medan dränering orsakar en betydande minskning. 'Även om vi ännu inte kunde stänga av magnonströmmen helt, den här enheten fungerar som en transistor ', säger Cornelissen. Teoretisk modellering visar att minskning av enhetens tjocklek kan öka utarmningen av magnoner tillräckligt för att stanna magnonströmmen helt.

Superledning

Men det finns ett annat intressant alternativ, förklarar Cornelissens handledare Bart van Wees:'I en tunnare enhet, det kan vara möjligt att öka mängden magnoner i kanalen till en nivå där de skulle bilda ett Bose-Einstein-kondensat. ' Detta är fenomenet som är ansvarigt för supraledning. Och det sker vid rumstemperatur, i strid med normal supraledning, som bara sker vid mycket låga temperaturer.

Studien visar att en YIG -spinntransistor kan göras, och att detta material på sikt till och med kan producera en snurrande superledare. Det fina med systemet är att centrifugering och kontroll av centrifugeringar uppnås med en enkel likström, gör dessa spintronic -enheter kompatibla med normal elektronik. 'Vårt nästa steg är att se om vi kan förverkliga detta löfte', avslutar Van Wees.