Spintronics är ett område som får enorm uppmärksamhet för sitt utbud av potentiella fördelar för konventionell elektronik. Dessa inkluderar minskad strömförbrukning, höghastighetsdrift, icke-flyktighet och potentialen för nya funktioner.

Spintronics utnyttjar elektronernas inneboende spinn, och grundläggande för fältet är att kontrollera flödena av spinnfrihetsgraden, d.v.s. spinnströmmar. Forskare är fokuserade på sätt att skapa, ta bort och kontrollera dem för framtida tillämpningar.

Att upptäcka spinnströmmar är ingen lätt bedrift. Det kräver användning av makroskopisk spänningsmätning, som tittar på de totala spänningsförändringarna över ett material. En vanlig stötesten har dock varit bristande förståelse för hur denna spinnström faktiskt rör sig eller fortplantar sig i själva materialet.

Ett team av forskare rapporterar nu en metod för att förutsäga hur spinnströmmen förändras med temperaturen. Studien publiceras i Applied Physics Letters .

"Med hjälp av neutronspridning och spänningsmätningar visade vi att materialets magnetiska egenskaper kan förutsäga hur en spinnström förändras med temperaturen", säger Yusuke Nambu, medförfattare till uppsatsen och docent vid Tohoku University's Institute for Materials Research ( IMR).

Nambu och hans kollegor upptäckte att spinströmsignalen ändrar riktning vid en specifik magnetisk temperatur och minskar vid låga temperaturer. Dessutom fann de att spinnriktningen, eller magnonpolarisation, vänder både över och under denna kritiska magnetiska temperatur. Denna förändring i magnonpolarisation korrelerar med spinnströmmens omkastning, vilket ger ljus över dess utbredningsriktning.

Dessutom visade det studerade materialet magnetiska beteenden med distinkta gapenergier. Detta antyder att spinnströmsbärare under temperaturen kopplad till denna gapenergi saknas, vilket leder till den observerade minskningen av spinströmsignalen vid lägre temperaturer. Anmärkningsvärt nog följer spinströmmens temperaturberoende ett exponentiellt avtagande, vilket speglar neutronspridningsresultaten.

Nambu understryker att deras resultat understryker betydelsen av att förstå mikroskopiska detaljer inom spintronikforskning. "Genom att förtydliga de magnetiska beteendena och deras temperaturvariationer kan vi få en omfattande förståelse av spinnströmmar i isolerande magneter, vilket banar väg för att förutsäga spinnströmmar mer exakt och potentiellt utveckla avancerade material med förbättrad prestanda."

Mer information: Y. Kawamoto et al, Understanding spin currents from magnon dispersion and polarization:Spin-Seebeck effect and neutron scattering study on Tb₃ Fe₅ O₁₂ , Tillämpad fysikbokstäver (2024). DOI:10.1063/5.0197831

Journalinformation: Tillämpade fysikbrev

Tillhandahålls av Tohoku University