Elektriska strömmar driver alla våra elektroniska enheter. Det framväxande området spintronics ser ut att ersätta elektriska strömmar med så kallade spinnströmmar. Forskare från University of Tokyo har gjort ett genombrott på detta område. Deras upptäckt av den magnetiska spin Hall-effekten kan leda till låg effekt, enheter med hög hastighet och hög kapacitet. De har skapat provanordningar som kan undersöka potentiella applikationer ytterligare.

"Elektricitet lyste upp världen och elektronik kopplade ihop den, "säger professor Yoshichika Otani från Institute for Solid State Physics." Spintronics kommer att vara nästa steg framåt i denna procession och vi kan bara föreställa oss vilka framsteg det kan medföra. "

Så vad är spintronics och varför ska vi vara glada?

"I huvudsak används spintronics för att överföra information, något vi alltid har använt elektriska strömmar till, " fortsätter Otani, "men spintronics erbjuder en rad fördelar, några av dem har vi precis börjat förstå. "

För närvarande, energieffektivitet för elektriska och elektroniska enheter är en begränsande faktor för teknisk utveckling. Problemet ligger i naturen hos elektriska strömmar, laddningsflödet i form av elektroner. När elektroner passerar en krets förlorar de lite energi som spillvärme. Spintronics förbättrar situationen - istället för rörelse utnyttjar den en annan egenskap hos elektroner för att överföra information, deras vinkelmoment eller "snurr".

"I spinnströmmar rör sig elektroner fortfarande men mycket mindre än i en laddningsström, " förklarar Otani. "Det är rörelsen av elektroner som vanligtvis leder till motstånd och spillvärme. När vi minskar behovet av så mycket elektronrörelse förbättrar vi effektiviteten dramatiskt."

För att demonstrera detta fenomen skapade forskare en ny typ av material som kallas en 'icke -kollinjär antiferromagnet' - Mn3Sn som är en speciell typ av magnet. I vardagsmagneter – eller ferromagneter – som du kan hitta på kylskåpsdörrar, elektronernas snurr inom inriktningen parallellt vilket genomsyrar materialet med dess magnetiska effekt. I denna antiferromagnet roterar elektronernas snurr i triangulära arrangemang så att ingen riktning är utbredd och den magnetiska effekten undertrycks effektivt.

När en liten elektrisk ström matas in i Mn3Sn och ett magnetfält appliceras på det på rätt sätt, elektronerna ordnar sig själva efter deras snurrning och elektriska strömflöden. Detta är den magnetiska spinn Hall-effekten, och processen kan vändas med den magnetiska inversa spin Hall-effekten för att få en elektrisk ström från en spinnström.

I Mn3Sn tenderar snurr att samlas på materialets yta, så det skärs i tunna lager för att maximera sin yta och därmed kapaciteten hos spinnström ett prov bär. Forskarna har redan bäddat in detta material i en funktionell enhet för att fungera som en testbädd för möjliga applikationer och är glada över framtidsutsikterna.

"Energieffektivitet i elsystem är tillräckligt för att väcka intresse för vissa, men användningen av antifromagneter för att generera spinnströmmar kan också förbättra andra aspekter av teknik, " säger Otani. "Antiferromagneter är lättare att miniatyra, arbeta med högre frekvenser och packa tätare än ferromagneter. "

Men hur översätts dessa idéer till tillämpningar?

"Miniatyrisering innebär att spintronic -enheter kan göras till mikrochips, "fortsätter Otani." Höga frekvenser betyder att spintronic -chips kan överträffa elektroniska i driftshastighet, och högre densitet leder till större minneskapacitet. Även låg spridning i spinnströmmar vid rumstemperatur förbättrar effektiviteten ytterligare. "

Enheter baserade på den traditionella spin Hall -effekten finns redan inom spintronikforskning, men den magnetiska spin -effekten och nya material som används kan avsevärt förbättra alla typer av teknik.

"Det finns fortfarande mycket arbete att göra, inklusive utforskning av de underliggande principerna bakom fenomenet vi undersöker, "avslutar Otani." Drivet av mysterier av exotiska material, Jag är stolt över att vara en del av denna tekniska revolution."