Forskare från Norges tekniska och naturvetenskapliga universitet (NTNU) och University of Cambridge i Storbritannien har visat att det är möjligt att direkt generera en elektrisk ström i ett magnetiskt material genom att rotera dess magnetisering.
Fynden avslöjar en ny koppling mellan magnetism och elektricitet, och kan ha applikationer inom elektronik.
Den elektriska strömgenerering som forskarna demonstrerar kallas laddningspumpning. Laddningspumpning ger en källa till mycket högfrekventa elektriska växelströmmar, och dess magnitud och beroende av externt magnetfält kan användas för att detektera magnetisk information.
Fynden kan, därför, erbjuda nya och spännande sätt att överföra och manipulera data i elektroniska enheter baserade på spintronik, en teknik som använder elektronspin som grund för informationslagring och manipulation.
Forskningsresultaten publiceras som en Advance Online Publication (AOP) den Naturens nanoteknik s webbplats den 10 november 2014.
Spintronics har redan utnyttjats inom magnetisk massdatalagring sedan upptäckten av den gigantiska magnetoresistanseffekten (GMR) 1988. För deras bidrag till fysiken, upptäckarna av GMR tilldelades Nobelpriset 2007.
Grunden för spintronics är lagringen av information i ferromagneternas magnetiska konfiguration och utläsningen via spinnberoende transportmekanismer.
"Mycket av framstegen inom spintronik har resulterat i att man utnyttjar kopplingen mellan elektronspinnet och dess orbitalrörelse, men vår förståelse av dessa interaktioner är fortfarande omogen. Vi behöver veta mer så att vi fullt ut kan utforska och utnyttja dessa krafter, säger Arne Brataas, professor vid NTNU och motsvarande författare för uppsatsen.
En elektron har ett snurr, en till synes intern rotation, förutom en elektrisk laddning. Snurren kan vara upp eller ner, representerar medurs och moturs rotationer.
Rena spinnströmmar är laddningsströmmar i motsatta riktningar för de två spinnkomponenterna i materialet.
Det har varit känt sedan en tid tillbaka att rotation av magnetiseringen i ett magnetiskt material kan generera rena spinnströmmar i intilliggande ledare.
Dock, rena spinnströmmar kan inte konventionellt detekteras av en voltmeter på grund av att det tillhörande laddningsflödet avbryts i samma riktning.
Ett sekundärt spin-laddning-omvandlingselement är då nödvändigt, såsom en annan ferromagnet eller en stark spin-omloppsinteraktion, vilket orsakar en spin Hall-effekt.
Brataas och hans medarbetare har visat att i en liten klass av ferromagnetiska material, spin-laddning-omvandlingen sker i själva materialen.
Spinnströmmarna som skapas i materialen omvandlas således direkt till laddningsströmmar via spinn-omloppsinteraktionen.
Med andra ord, ferromagneterna fungerar i sig som generatorer av växelströmmar som drivs av den roterande magnetiseringen.
"Fenomenet är ett resultat av en direkt koppling mellan elektricitet och magnetism. Det möjliggör nya nanoskala detekteringstekniker för magnetisk information och för generering av mycket högfrekventa växelströmmar, säger Brataas.
Generering och modulering av högfrekventa strömmar är centrala trådlösa kommunikationsenheter som mobiltelefoner, WLAN -moduler för persondatorer, Bluetooth -enheter och framtida fordonsradarer.
