Forskargruppen av professor Jairo Sinova vid Institutet för fysik vid Johannes Gutenberg University Mainz (JGU), i samarbete med forskare från Prag, Cambridge, och Nottingham, har förutspått och upptäckt ett nytt fysiskt fenomen som gör det möjligt att manipulera en magnets tillstånd med elektriska signaler. Nuvarande teknik för att skriva, lagring, och läsinformation är antingen avgiftsbaserad eller spinnbaserad. Halvledarblixt- eller random access-minnen är utmärkta exempel bland det stora utbudet av laddningsbaserade enheter.

De utnyttjar den möjlighet som halvledare erbjuder för att enkelt elektriskt manipulera och detektera deras elektroniska laddningstillstånd som representerar "nollorna" och "etorna". Nackdelen är att svaga störningar som föroreningar, temperaturförändring, eller strålning kan leda till okontrollerade laddningsomfördelningar och, som en konsekvens, till dataförlust. Spin-baserade enheter fungerar på en helt distinkt princip. I vissa material, som järn, elektronsnurr genererar magnetism och positionen för magnetens nord- och sydpol kan användas för att lagra nollorna och ettorna. Denna teknik ligger bakom minnesapplikationer som sträcker sig från kilobyte magnetremskort till terabyte datorhårddiskar.

Eftersom de är baserade på spinn, enheterna är mycket mer robusta mot laddningsstörningar. Dock, Nackdelen med nuvarande magnetiska minnen är att för att vända magnetens nord- och sydpoler, dvs. vänd noll till ett eller vice versa, den magnetiska biten måste kopplas till en elektromagnet eller till en annan permanentmagnet. Om man istället kunde vända polerna med en elektrisk signal utan att involvera en annan magnet, en ny generation av minnen kan tänkas kombinera fördelarna med både laddnings- och spinnbaserade enheter.

För att skaka en magnet elektriskt utan att involvera en elektromagnet eller annan permanent magnet måste man gå ut ur den klassiska fysikens rike och gå in i den relativistiska kvantmekaniken. Einsteins relativitetsteori tillåter elektroner som utsätts för elektrisk ström att ordna sina snurr så att de blir magnetiska. Forskarna tog en permanent magnet GaMnA och genom att applicera en elektrisk ström inuti den permanenta magneten skapade de ett nytt internt magnetiskt moln, som kunde manipulera den omgivande permanentmagneten. Verket har publicerats i tidskriften Naturens nanoteknik den 2 mars 2014.

Det observerade fenomenet är nära relaterat till den relativistiska inneboende spin Hall-effekten som Jörg Wunderlich, Jairo Sinova, och Tomas Jungwirth upptäckte 2004 efter en förutsägelse av Sinova och medarbetare 2003. Sedan dess har det blivit en läroboksdemonstration av hur elektriska strömmar kan magnetisera vilket material som helst. "För tio år sedan förutspådde och upptäckte vi hur elektriska strömmar kan generera rena spin-strömmar genom materialens inneboende struktur. Nu har vi visat hur denna effekt kan vändas för att manipulera magneter genom den ströminducerade polariseringen. Dessa nya fenomen är stora forskningsämne idag eftersom de kan leda till en ny generation av minnesenheter. Förutom våra pågående samarbeten, denna forskningsriktning är mycket väl kopplad till pågående experimentell forskning här i Mainz. Att vara en del av denna världsledande forskning och arbeta med fantastiska kollegor är ett oerhört privilegium och jag är mycket spänd på framtiden", säger professor Jairo Sinova.