Cornell -forskare har lagt ett nytt snurr på att mäta och kontrollera snurr i nickeloxid, med sikte på att förbättra elektroniska enheters hastighet och minneskapacitet.

Deras papper, "Spin Seebeck Imaging of Spin-Torque Switching in Antiferromagnetic Pt/NiO Heterostructures" publicerades 22 oktober i Fysisk granskning X .

En av specialiteterna hos seniorförfattaren Greg Fuchs, docent i tillämpad och teknisk fysik, är spintronics - studiet av snurran (en typ av vinkelmoment som kan registrera information) som är ansvarig för elektronernas magnetiska egenskaper. Fuchs och hans grupp strävar efter att förstå hur man mäter och manipulerar denna magnetism.

Snarare än att mäta magnetism med traditionella former av magnetmikroskopi - där material bombarderas med ljus, elektroner eller röntgenstrålar-Fuchs har föregått en teknik som kallas magneto-termisk mikroskopi. I denna metod, värme appliceras på materialet i ett litet område, och magnetism i det området mäts av den elektriska spänning som genereras. Detta gör att Fuchs team kan se vad som händer när de manipulerar ett magnetiskt materials snurr.

Fuchs -gruppen har undersökt antiferromagnetiska material, som är unika eftersom deras individuella magnetiska element - de små bitar av material som kommer ihåg bitar av information baserat på deras orientering - inte producerar ett magnetfält. Därför, de kan packas nära varandra utan att störa varandra, möjligen möjliggör lagring med hög densitet. Antiferromagneter är ännu snabbare syskon till ferromagneter - mer konventionella magnetiska material som ger ett magnetiskt moment. Antiferromagneter har potential att arbeta tusen gånger snabbare, enligt Fuchs.

Men att förstå beteendet hos antiferromagnetiska material är inte lätt.

"Antiferromagnetiskt material är svårt att studera eftersom varannan snurr pekar i motsatt riktning, så det finns ingen nettomagnetisering, "Fuchs säger." Det skapar inte ett magnetfält. Det är inte riktigt mottagligt för konventionella metoder för magnetisk mätning. Det finns specialiserade röntgenanläggningar som kan göra det, men det är inte många och det begränsar de mätningar du kan göra. Så du har väldigt få alternativ. "

Fuchs och hans team utarbetade en smart slutkörning kring problemet genom att välja precis rätt typ av antiferromagnetiskt material-nickeloxid-som innehåller flera snurrplan, med snurren i vartannat plan som pekar i motsatt riktning. I en smörgås av platina och nickeloxid, snurren vid gränsen är alla inriktade parallellt med varandra, tillåter forskare att använda värmeflöde för att mäta snurrens orientering utan att signalen avbryts.

Denna effekt, kallad "gränssnittsspinn Seebeck -effekten, "hade tidigare demonstrerats i ferromagnetiska metaller och isolatorer, men teoretiserades endast för antiferromagneter. Ingen hade tidigare visat det - än mindre använt det för att avbilda antiferromagnetiska prover med standard bordsskivor.

"Avbildning av antiferromagneter gör att vi kan se mikroskopiskt hur de reagerar på yttre stimuli, såsom elektrisk ström. Dessa detaljer är kritiska när man försöker göra antiferromagnetiska minnesenheter, "säger huvudförfattaren Isaiah Gray, en doktorsexamen student i tillämpad fysik.

"Du tänker normalt på antiferromagneter som en ganska hård nöt. Det är förvånande för mig att ett så relativt enkelt tillvägagångssätt fungerar, "Fuchs sa." Detta låser upp en helt ny värld när det gäller vad du kan göra med antiferromagnetiska enheter. Nu kan jag styra texturerna i dessa material, och se sedan hur snurren är orienterade. "