Физики научились генерировать спиновый ток с помощью акустических волн

Японским учёным удалось инжектировать спиновый ток в магнитный материал с помощью акустической спиновой накачки. Результаты работы имеют большое значение для спинтроники.

Спинтроника — многообещающее направление в микроэлектронике. В то время как обычная электроника использует заряд электрона, спинтроника, как следует из названия, базируется на другом его свойстве — спине.

В качестве основных преимуществ спинтроники обычно называют меньшее энергопотребление, возможность увеличения плотности логических элементов и более высокую скорость обработки данных.

Рис. 1. Схема наблюдения спинового эффекта Зеебека: а) стандартная схема, б) схема, предложенная авторами работы для демонстрации роли фононов. (Иллюстрация авторов исследования).

Одним из способов генерации спинового тока является так называемый спиновый эффект Зеебека. К подложке из ферромагнетика (ФМ) прикрепляют парамагнитную пластинку (ПМ) и создают в подложке градиент температур. Это индуцирует в ферромагнетике спиновый потенциал (аналог обычного электрического потенциала), и в парамагнетик инжектируется спиновый ток.

Было обнаружено, что спиновый потенциал в ферромагнитной подложке возникает на довольно больших расстояниях — около миллиметра, что не соответствовало существующим представлениям, согласно которым он должен исчезать уже на масштабах порядка спиновой длины диффузии, равной в металлах всего нескольким сотням нанометров.

Кеничи Учида (Kenichi Uchida), аспирант Университета Тохоку (Япония), и профессор Еиджи Сайто (Eiji Saitoh) обнаружили, что столь неожиданно большая длина действия потенциала возникает из-за акустических колебаний — фононов. Для того чтобы убедиться в этом, ученые модифицировали схему эксперимента следующим образом: они поместили двойной слой ФМ/ПМ (Ni81Fe19/Pt) на непроводящую сапфировую подложку, в которой создавали градиент температур. Поскольку в подложке нет свободных носителей ни заряда, ни спина, то, если в слое возникает спиновый ток, это может быть только из-за фононов: лишь они способны распространяться в подложке. Оказалось, что спиновый ток действительно генерируется — а значит, его причиной являются акустические колебания.

Более того, учёным удалось возбудить спиновый ток в образце, используя непосредственно акустические волны. Это открывает возможность для создания «акустической» спинтроники, где для генерации спинового тока будут использоваться фононы.

Рис. 2. Наблюдение генерации спинового тока акустическими волнами (иллюстрация авторов работы).

Источник(и):

1. physorg.com

2. compulenta.ru