Flödet av elektrisk laddning ligger i hjärtat av elektroniska kretsar. Dock, elektroner har också spin, och flöden av elektronspin spelar en viktig roll i spintroniska kretsar. Dessa kan vara avgörande för vår framtida datorteknik. Ett aktuellt problem med traditionella spintroniska material som magnetiska material är att de är mottagliga för elektromagnetiska fält, vilket kan störa spinnflöden. Därför, icke-magnetiska material som är resistenta mot dessa fält är ett attraktivt alternativ. Rembert Duine från Eindhoven University of Technology och Utrecht University har tillsammans med Andreas Rückriegel från Utrecht University utvecklat en ny teori för att studera spinntransport i icke-magnetiska material. Denna teori kan hjälpa till vid design och utveckling av nya material för framtida spintroniska applikationer.

Sedan 1990-talet, spintronics har legat i framkant av utvecklingen inom teknologier som sträcker sig från hårddiskar till smartphones. Elektroniska kretsar använder elektronladdning för att bearbeta information där laddning kan representera en etta och frånvaro av laddning representerar en nolla. Spintroniska kretsar använder elektronspin för att överföra information och spinn kan vara antingen "upp" eller "ner". Inom spintronik, dessa två spinntillstånd representerar ettor och nollor. Dessa snurr genererar små magnetfält och när de utsätts för ett magnetfält, snurr kan tvingas att riktas i en riktning. Inriktningen av dessa spinn i materialet assisteras av spinnvågor, annars känd som magnoner.

Vanligtvis, spintronikkretsar är baserade på magnetiska isolatorer som inte leder elektrisk laddning men kan transportera snurr. Dock, elektromagnetiska fält kan störa rotationsorienteringen och leda till instabilitet. Å andra sidan, icke-magnetiska material påverkas inte av elektromagnetiska fält, vilket innebär att de på ett tillförlitligt sätt kan överföra spininformation. Istället för magnoner, spinninformation kan överföras i icke-magnetiska material med hjälp av fononer, som är kvasipartiklar involverade i överföringen av vibrationsvågor genom material. Rembert Duine, professor vid institutionen för tillämpad fysik (TU/e) och vid Utrecht University, tillsammans med Andreas Rückriegel från Utrecht University har utvecklat en ny teori för att studera spridningen av spinn via fononer genom icke-magnetiska material.

Modell detaljer

I deras nya modell, Duine och Rückriegel lägger ett icke-magnetiskt material mellan två magnetiska material. En spinnström som bärs av magnoner genereras i magnetiskt material till vänster om det icke-magnetiska materialet. När centrifugeringsströmmen når gränssnittet, den interagerar med spinnen i det icke-magnetiska materialet vilket leder till en fononreglerad spinnström genom det icke-magnetiska materialet. När fononströmmen når det andra icke-magnetiska materialet/magnetiska gränssnittet, fononspinnströmmen sätter igång en magnonström i det magnetiska materialet till höger.

"Modellen visar att interaktioner mellan spinn i de magnetiska isolatorerna och fononer i det icke-magnetiska materialet underlättar en spinnström mellan magneterna som rör sig genom den omagnetiska isolatorn som separerar magneterna", säger Duine. Viktigt, den resulterande fononspinnströmmen möjliggör spinnöverföring från en magnet till den andra över avstånd på millimeterskalan. "Vår modell är bara det första steget. Detta måste verifieras experimentellt, men detta kan få praktiska konsekvenser för elektriskt drivna spintroniska enheter i framtiden", tillägger Duine.

Detta arbete är publicerat i Fysiska granskningsbrev ( PRL ) och finns med i "Fysik" - online, gratistidning från American Physical Society.