Ett genialiskt tillvägagångssätt för att utveckla minnesenheter med låg effekt, hög hastighet och hög densitet är baserad på spintronics, en framväxande gräns inom teknologi som utnyttjar en grad av frihet för elektroner som kallas spinn. Enkelt uttryckt har elektroner, tillsammans med deras negativa laddning, ett spinn vars orientering kan styras med hjälp av magnetfält. Detta är särskilt relevant för magnetiska isolatorer, där elektronerna inte kan röra sig, men spinnet förblir kontrollerbart. I dessa material kan de magnetiska excitationerna ge upphov till en spinnström, som ligger till grund för spintroniken.

Forskare har letat efter effektiva metoder för att generera spinnströmmen. Den fotogalvaniska effekten, ett fenomen som kännetecknas av generering av likström från ljusbelysning, är särskilt användbar i detta avseende. Studier har funnit att en fotogalvanisk spinström kan genereras på liknande sätt med hjälp av magnetfälten i elektromagnetiska vågor. Men vi saknar för närvarande kandidatmaterial och en generell matematisk formulering för att utforska detta fenomen.

Nu har docent Hiroaki Ishizuka från Tokyo Institute of Technology (Tokyo Tech), tillsammans med sin kollega, tagit upp dessa frågor. I deras senaste studie publicerad i Physical Review Letters , presenterade de en allmän formel som kan användas för att beräkna den fotogalvaniska spinnströmmen som induceras av transversellt oscillerande magnetiska excitationer. De använde sedan denna formel för att förstå hur fotogalvaniska spinnströmmar uppstår i tvåskiktskrom (Cr) trihalidföreningar, nämligen kromtrijodid (CrI₃ ) och kromtribromid (CrBr₃). ).

"Till skillnad från tidigare studier som övervägde longitudinella oscillerande magnetfält för att generera spinnströmmar, fokuserar vår studie på transversella oscillerande magnetfält. Baserat på detta fann vi att processer som involverar ett magnonband (kvantum av spinnvågsexcitationer) samt två magnonband bidrar till spinnströmmen", utvecklar Dr. Ishizuka.

Med hjälp av sin formel fann duon att både CrI₃ och CrBr₃ visade en stor fotogalvanisk spinnström för magnetiska excitationer motsvarande elektromagnetiska vågor vid gigahertz- och terahertz-frekvenser. Strömmen dök dock bara upp när snurren visade antiferromagnetisk ordning, vilket betyder att successiva snurr var antiparallella, i motsats till ferromagnetisk ordning (där successiva snurr är parallella).

Dessutom styrdes spinnströmriktningen av orienteringen av den antiferromagnetiska ordningen (om spinnen på det första och andra lagret var arrangerade upp-ned eller ned-upp). Dessutom påpekade de att, till skillnad från tidigare fynd som tillskrev spinnströmmen endast till två-magnon-processen, visade deras formel att ett stort svar i allmänhet var möjligt med en-magnon-processen.

Dessa resultat tyder på att dubbelskiktet CrI₃ och CrBr₃ är starka kandidater för att undersöka mekanismen förknippad med fotogalvanisk spinströmsgenerering.

"Vår studie förutsäger inte bara oförutsedda bidrag till spinnströmmen utan ger också en riktlinje för design av nya material som drivs av den fotogalvaniska effekten av magnetiska excitationer", säger Dr. Ishizuka. + Utforska vidare

2-D centrosymmetrisk antiferromagnetmodell producerar ren spinnström