Spintronics är ett framväxande forskningsområde som syftar till att utveckla enheter som sänder, bearbeta och lagra information som utnyttjar elektronernas inneboende vinkelmoment, känd som spin. Ett viktigt mål med spintronicsstudier är att identifiera strategier för att använda magnetiska isolatorer för att uppnå transport av signaler över långa avstånd.

Magnetisolatorer är en klass av material som används flitigt över hela världen, främst på grund av deras förmåga att leda elektriska laddningar. Precis som metaller leder elektriska laddningar, magnetiska isolatorer kan utföra snurr. Ändå, eftersom snurr sällan bevaras i material och tenderar att försvinna över långa avstånd, än så länge, att använda magnetisolatorer för att uppnå långdistanstransport har visat sig vara mycket utmanande.

Forskare har nyligen visat långväga transporter av magnetiska igelkottar, 3D-topologiska spinnstrukturer som ofta observeras i vanliga magneter. Deras arbete, beskrivs i ett papper publicerat i Fysiska granskningsbrev , kan ha viktiga konsekvenser för utvecklingen av spintronic -enheter.

"Vår idé är att tillgripa topologiska spinntexturer snarare än att snurra sig själva för långtransport, "Shu Zhang, en av forskarna som genomförde studien, berättade för Phys.org. "Den magnetiska igelkotten är en typ av topologiskt skyddad spinntextur som generiskt går ut i tredimensionella magneter. Vårt arbete visar att igelkottströmmen är en väl bevarad mängd och kan utforskas för att uppnå långdistanstransport i magnetisolatorer."

Den senaste studien av Zhang och hennes kollegor bygger på en teoretisk konstruktion som kallas topologisk bevarande lag, vilket gjorde det möjligt för forskarna att utnyttja idén om hydrodynamik av topologiska spinnstrukturer. Denna idé har tidigare utforskats i en serie studier som leds av fysikern Yaroslav Tserkovnyak.

"Det huvudsakliga teoretiska tillvägagångssättet vi använde i vår studie är klassisk fältteori, "Zhang förklarade." Vi beskriver spinntidens fördelning av snurr som ett kontinuerligt vektorfält, ovanpå vilka de topologiska strukturerna och deras strömmar kan definieras och studeras. Vi fann att den matematiska beskrivningen av igelkottströmmarna faktiskt har en analogi till den mest kända fältteorin, elektromagnetismens. "

När de gav sig ut för att undersöka långväga transporter, Zhang och hennes kollegor betraktade specifikt en "typisk" experimentellt genomförbar installation, i vilken en igelkotts ström injiceras och detekteras med hjälp av metallkontakter fästa vid de två ändarna av en magnet. I deras papper, de föreslår att i detta scenario, en magnet kunde ses som en ledare som transporterar strömmen av topologiska spinntexturer med en begränsad konduktans. Denna idé belyser slutligen möjligheten att använda magnetiska isolatorer för att uppnå transport över långa avstånd.

"Jag tycker att det är väldigt spännande att föreställa sig möjligheten att vanliga magnetisolatorer kan användas för långväga transporter, "Zhang sa." Detta kommer att möjliggöra förverkligandet av olika spinnkretsar med hög energieffektivitet på grund av frånvaron av Joule -uppvärmning. "

I framtiden, studien kan inspirera andra forskargrupper att undersöka transportdynamiken för topologiska spinnstrukturer ytterligare, särskilt de hos magnetiska igelkottar, som är allmänt tillgängliga. Utvecklingen av effektiva strategier för att styra denna dynamik skulle i slutändan öppna nya möjligheter för att möjliggöra långväga överföring av information i spintronic-enheter som använder 3D-magnetiska material.

"Vi hoppas att våra idéer snart testas i experiment, "Zhang sa." Vårt nuvarande arbete är baserat på klassiska eller semiklassiska överväganden av snurr. I framtiden, Det skulle vara intressant att se hur topologiska spinntexturer kan bidra till transporten i kvantmagneter. "

© 2021 Science X Network