Magnon spintronics alanında önemli ilerleme: yeni spin valf yapısı
Kılavuz
Son zamanlarda, Almanya'daki Mainz Üniversitesi, Almanya'daki Konstanz Üniversitesi ve Japonya'daki Tohoku Üniversitesi'nden araştırmacılar, uluslararası bilimsel araştırma işbirliği başlattılar ve magnonun mantık yapısı için yeni bir öğeyi başarıyla geliştirdiler: spin valf yapısı. Bir dereceye kadar, magnon dönüş akımını elektrik sinyali olarak önleyebilen veya iletebilen anahtar tipi bir cihaz gerçekleştirilmiştir.
arka fon
Günümüzün bilgi teknolojisi, temel olarak ilgili bilgileri iletmek ve işlemek için elektrik yüklerinin hareketiyle oluşan elektrik akımını kullanır. Bununla birlikte, spintronics, bilgi taşıyıcı olarak elektronların spinini veya manyetik momentini kullanan geleneksel disiplinden farklı yeni bir disiplindir.
"Magnon spintronics" (magnons spintronics), gelişmekte olan bir bilimsel araştırma alanıdır. Yazar, "spintronics" kavramını birçok kez tanıtmıştır. Peki "magnon" (magnon) nedir? Spin dalgalarının birincil uyarımıdır (modern katı hal fiziğinde, "spin" ve "manyetizma" kavramları genellikle birbirinden ayrılamaz). Spin dalgası, manyetik (ferromanyetik, ferrimanyetik, antiferromanyetik) cisimler sırasına göre etkileşen spin sistemini ifade eder.Çeşitli uyarımların neden olduğu kolektif hareket, manyetik malzemelerde oluşan özel bir dalgadır. .
"Magnon spintronics" alanında, araştırmacılar, bilgiyi iletmek ve işlemek için "magnon spin akımlarının" (magnon spin akımları) kullanımını incelemeyi amaçlamaktadır. Magnon spin akımı elektrik yükünü değil, manyetik momenti iletir. Bunların tümü, manyetik malzemelerden yayılan ses dalgalarına benzer şekilde, "manyetik dalgalar" veya "magnonlar" adı verilenler aracılığıyla iletilir.
Magnon spintronics'in temel yapı taşı "magnon mantık cihazı" dır. Örneğin, magnon mantık cihazları, spin akımlarının "üst üste binmesi" yoluyla bilgileri işleyerek temel mantık işlemlerini gerçekleştirebilir. Örneğin, yazar Hollanda'daki Groningen Üniversitesi tarafından geliştirilen magnon tabanlı bir spin transistörü tanıttı.
(Resim kaynağı: L. Cornelissen)
Yenilikçilik
Bugün size magnon spintronics alanında bir yeniliği tanıtacağım. Son zamanlarda, Almanya'daki Mainz Üniversitesi'nden (JGU), Almanya'daki Konstanz Üniversitesi'nden ve Japonya'daki Tohoku Üniversitesi'nden araştırmacılar, uluslararası bilimsel araştırma işbirliği başlattılar ve magnon mantık yapısı setine başarıyla yeni bir öğe eklediler: spin valf (spin valf). ) yapısı.
Dönel valf yapısı, ince ferromanyetik malzeme katmanları ve ferromanyetik olmayan malzemeler dönüşümlü olarak istiflenerek oluşturulur. Bu yapı, magnon akımının algılama verimliliğinin, cihazın manyetik alan konfigürasyonuna bağlı olduğunu kanıtlayabilir. Genel olarak, gelen bilgileri iletmek (alttaki resim) veya bloke etmek (aşağıdaki üst resim) için kullanılabilir.
(Resim kaynağı: Joel Cramer)
Bu araştırmayla ilgili makaleler Nature Communications dergisinde çevrimiçi olarak yayınlandı. Almanya, Mainz Üniversitesi Malzeme Bilimi Mükemmeliyet Enstitüsü'nde araştırmacı olan Joel Cramer, bu makalenin ilk yazarıdır. Eğirme taşıma sorunu ve Mainz Üniversitesi tarafından araştırılan spin akımlarının oluşturulması ve tespiti, 2016'dan beri Alman Araştırma Vakfı tarafından finanse edilen CRC / Transregio 173: Spin + X projesinin bir parçasıdır.
teknoloji
Bu çalışmada kullanılan spin valf yapısı, yalıtılmış ferromanyetik itriyum demir granat (YIG), yalıtımlı antiferromanyetik kobalt oksit (CoO) ve metal antiferromanyetik kobalt (Co) içeren üç katmanlı bir film sistemidir: YIG / CoO / Co. Salınan manyetik alan, mikrodalga radyasyonu tarafından üretilir ve YIG manyetizasyonu kasıtlı olarak saptırılır, böylece magnon spin akımını CoO'ya uyarır. Metal antiferromagnet Co katmanındaki "ters dönüş Hail etkisi" nedeniyle, magnon spin akımı bir şarj akımına dönüştürülür ve ardından tespit edilir.
(Resim kaynağı: referans [2])
Yazar, daha önce, Almanya'daki Kaiserslautern Teknik Üniversitesi'nin (TUK) araştırma ekibi tarafından "ters eğirme salonu etkisi" ni de benimseyen bir yeniliği tanıttı. TUK araştırma ekibi, femtosaniye lazerler tarafından uyarılan son derece kısa lazer darbeleri kullanıyor. Lazer darbesi nano yapıyı ışınladığında, iyon filmindeki elektronları harekete geçirerek bir dönüş akımı oluşturur. Bu akım bitişik platin tabakasına aktığında, aynı fiziksel fenomen de meydana gelir: Ters dönüş Hall etkisi. Platin çekirdek, elektronları ters yönde, yani sol veya sağ elle döndürerek saptırır, bu da dönüş akımının süper hızlı bir geçici yük akışına dönüşmesine neden olur ve bu da daha sonra terahertz dalgalarının emisyon kaynağı olur.
(Resim kaynağı: TUK)
Deneyler, tespit edilen sinyal genliğinin büyük ölçüde spin valfinin manyetik alan konfigürasyonuna bağlı olduğunu kanıtlamaktadır. YIG ve Co manyetizasyonunun anti-paralel hizalamasında, sinyal genliği paralel durumdan yaklaşık% 120 daha yüksektir. Co'nun manyetizasyonunu tekrar tekrar değiştirmek, bu etkinin sağlam ve uzun vadeli operasyon için uygun olduğunu daha da ortaya çıkaracaktır. Joel Cramer, "Kısacası, bu etki bir dereceye kadar anahtar tipi bir cihaza ulaşır, magnon akımını bir elektrik sinyali olarak bloke edebilir veya iletebilir." Dedi.
değer
Magnon spintronics'in temel amacı, bilgi teknolojisi kavramında bilgi taşıyıcısı olarak elektrik yüklerini değiştirmek için magnonları kullanmaktır. Ek olarak, magnonlar ayrıca mantıksal veri işleme için daha fazla seçenek sunan spin dalgasına dayalı hesaplamalar için olanaklar sağlar. Aynı zamanda, magnonlar, manyetik izolatörlerde nispeten küçük kayıplarla yayılır ve bu da veri işlemenin enerji verimliliğini daha da iyileştirmeye yardımcı olması beklenir.
Joel Cramer, "Deneyimizin sonucu, gelecekteki magnon mantık işlemlerine uygulanabilecek bir etkidir, dolayısıyla magnon elektron spini alanına önemli bir katkı sağlar."
Anahtar kelime
Spintronics, magnonlar, bilgisayarlar, mantık işlemleri
Referans
[1] https://idw-online.de/en/news690805
[2] Joel Cramer, Felix Fuhrmann, Ulrike Ritzmann, Vanessa Gall, Tomohiko Niizeki, Rafael Ramos, Zhiyong Qiu, Dazhi Hou, Takashi Kikkawa, Jairo Sinova, Ulrich Nowak, Eiji Saitoh, Mathias Kläui. Bir ferroik kollinear çok katmanlı spin valf kullanarak magnon algılama . Nature Communications, 2018; 9 (1) DOI: 10.1038 / s41467-018-03485-5
