En förtjänstsiffra, definieras som förhållandet mellan kritiskt fält HC och kritisk strömtäthet JC för att manipulera magnetisk struktur, som en funktion av magnetisk lagertjocklek för icke-kollinjär antiferromagnet (NC-AFM) som framgår av denna studie. Här visas också en tidigare studerad kolinjär ferromagnet (C-Ferro) och ferrimagnet (C-Ferri). Kredit:S.Fukami
Forskare vid Tohoku University och Japan Atomic Energy Agency (JAEA) har upptäckt ett nytt spintroniskt fenomen - en ihållande rotation av kiral-spinstruktur.
Deras upptäckt publicerades i tidskriften Naturmaterial den 13 maj, 2021.
Forskare från Tohoku University och JAEA studerade svaret på kiral-spinstrukturen hos en icke-kollinjär antiferromagnet Mn 3 Sn tunn film till elektronspinninjektion och fann att den kirala spinnstrukturen visar ihållande rotation vid noll magnetfält. Dessutom, deras frekvens kan justeras av den applicerade strömmen.
"Den elektriska kontrollen av magnetiska strukturer har varit av största intresse i spintronics-gemenskapen under de senaste kvarts sekel. Fenomenet som visas här ger ett mycket effektivt schema för att manipulera magnetiska strukturer, erbjuda nya möjligheter för tillämpning, som oscillatorer, slumptalsgeneratorer, och icke-flyktigt minne, sa professor Shunsuke Fukami, som ledde projektet.
Figur 1 jämför effektiviteten av att manipulera den magnetiska strukturen på en icke-kollinjär antiferromagnet, som framgår av detta arbete, med de som rapporterats för andra materialsystem. Den ströminducerade chiral-spin-rotationen är mycket effektivare även för tjocka magnetiska lager över 20 nm.
Schemat för chiral-spin-rotation såväl som experimentuppställningen visas i figur 2.
Ett schema över experiment och kiral-spin ihållande rotation som hittades i denna studie. Kredit:S.Fukami
Forskarna använde en heterostruktur av hög kvalitet bestående av icke-kollinjär antiferromagnet Mn 3 Sn inklämt mellan tungmetaller W/Ta och Pt. De avslöjade att när en ström appliceras på heterostrukturen, den kirala spinnstrukturen roterar konstant med noll magnetfält på grund av vridmomentet som härrör från spinnströmmen som genereras i tungmetallerna. Under tiden, rotationsfrekvensen, vanligtvis över 1 GHz, beror på den applicerade strömmen.
Spintronics är ett tvärvetenskapligt område, där elektriska och magnetiska frihetsgrader för elektroner används samtidigt, möjliggör en elektrisk manipulation av magnetisk struktur. Hittills etablerade representativa system sammanfattas i figur 3.
Magnetiseringsväxling, magnetisk fasövergång, svängning, och resonans har observerats i ferromagneter, som är lovande eftersom de kan leda till förverkligandet av funktionella enheter i icke-flyktigt minne, trådlös kommunikation, och så vidare.
Representativa exempel på elektrisk styrning av magnetism. Kredit:S.Fukami
Dessutom, i antiferromagneter, 90-gradersrotationen av Néel-vektorn i kolinjära system och 180 graders omkoppling av kirala spinnstrukturer i icke-kolinjära system har observerats nyligen. Den kirala-spin-beständiga rotationen i det aktuella arbetet skiljer sig helt från alla tidigare hittade fenomen och bör därför öppna en ny horisont för spintronikforskningen.
"Den erhållna insikten är inte bara intressant i termer av fysik och materialvetenskap utan också attraktiv för funktionella enhetstillämpningar, " tillade Dr. Yutaro Takeuchi, tidningens första författare. "Vi skulle vilja förbättra materialet och enhetstekniken ytterligare inom en snar framtid och demonstrera nya funktionella enheter som avstämbar oscillator och högkvalitativ sann slumpgenerator."
