Datorer bearbetar och överför data genom elektriska strömmar som passerar genom små kretsar och ledningar. När dessa strömmar möter motstånd, de skapar värme som kan undergräva effektiviteten och till och med säkerheten hos dessa enheter.

För att minimera värmeförlusten och optimera prestanda för lågeffektteknik, forskare undersöker andra sätt att bearbeta information som kan vara mer energieffektiv. Ett tillvägagångssätt som forskare vid U.S. Department of Energys (DOE) Argonne National Laboratory undersöker är att manipulera elektronernas magnetiska spinn, ett vetenskapligt område känt som spintronik.

"Inom spintronics, du kan tänka på information som en magnet som pekar åt ena sidan och en annan magnet som pekar i motsatt riktning, " sa Argonne materialforskare Axel Hoffman. "Vi är intresserade av hur vi kan använda magnetisk excitation i applikationer eftersom att bearbeta information på detta sätt förbrukar mindre energi än att transportera information genom en elektrisk laddning."

I en rapport publicerad i Nanobokstäver , Hoffman och andra forskare avslöjar nya insikter om egenskaperna hos en magnetisk isolator som är en kandidat för applikationer med låg effekt; deras insikter utgör tidiga språngbrädor för att utveckla höghastighets-, lågeffektelektronik som använder elektronspin snarare än laddning för att bära information.

Materialet de studerade, yttriumjärngranat (YIG), är en magnetisk isolator som genererar och överför spinström effektivt och avleder lite energi. På grund av dess låga spridning, YIG har använts i mikrovågs- ​​och radarteknologier, men de senaste upptäckterna av spintroniska effekter associerade med YIG har fått forskare att utforska potentiella spintroniska tillämpningar.

I sin rapport, Argonne-forskare karakteriserar spindynamiken i samband med ett småskaligt prov av YIG när det materialet utsätts för en elektrisk ström.

"Det här är första gången för någon som har mätt spindynamik på en provstorlek som är så liten, sa Benjamin Jungfleisch, en Argonne-postdoktor och huvudförfattare till rapporten. "Att förstå beteendet i en liten storlek är avgörande eftersom dessa material måste vara små för att någonsin ha potentialen att framgångsrikt integreras i lågeffektsenheter."

Forskare fäste YIG-provet till platinananotrådar med hjälp av elektrisk strållitografi, skapa en YIG/platinastruktur i mikrometerstorlek. De skickade sedan en elektrisk ström genom platina för att excitera YIG och driva spindynamik. De tog sedan elektriska mätningar för att karakterisera magnetiseringsdynamiken och mäta hur denna dynamik förändrades genom att krympa YIG.

"När man krymper material, de kan bete sig på olika sätt, sätt som skulle kunna utgöra en vägspärr för att identifiera och aktualisera potentiella nya tillämpningar, Hoffman sa. "Vad vi har observerat är att även om det finns små detaljer som ändras när YIG görs mindre, Det verkar inte finnas en grundläggande vägspärr som hindrar oss från att använda de fysiska metoder vi använder för små elektriska apparater."

Rapporten, med titeln "Isolerande nanomagneter drivna av spinvridmoment, " publiceras i Nanobokstäver .