science >> Wetenschap >  >> Fysica

Ondubbelzinnige experimentele demonstratie van het koppeleffect van magnonoverdracht

(a) Schematisch diagram en (b) Experimentele bevestiging van het MTT-effect. (a) Spinstroom in Pt wordt getransformeerd als magnonstroom in NiO en brengt vervolgens spin-impulsmomenten over naar Y 3 Fe 5 O 12 (YIG). (b) Afwijkende Hall-weerstand als een functie van aangelegde stroom onder verschillende toegepaste velden. Magnetiseringsschakellussen worden waargenomen met tegengestelde schakelrichtingen onder tegengestelde velden. (Afbeelding door IOP)

Spintorsie biedt handige elektrische middelen om magnetisaties efficiënt te regelen. Het kan meestal worden geproduceerd door spin-gepolariseerde stroom of pure spinstroom via spin Hall-effect. De eerste en de laatste worden genoemd als spin-overdrachtskoppel (STT) en spin-orbit-koppel (SOT), respectievelijk. Door gebruik te maken van deze hulpmiddelen, mensen hebben de tweede generatie STT-MRAM (Magnetic Random-Access Memory) ontwikkeld met magnetische anisotropie in het vlak, de derde generatie STT-MRAM met loodrechte magnetische anisotropie en de vierde generatie SOT-MRAM onder andere spintronische apparaten en chips. Bovendien, loodrechte STT-MRAM-chips zijn aangetoond en dicht bij grootschalige toepassingen.

Het is bewezen dat collectieve excitaties in spin-geordende systemen of spingolven of magnons spin-impulsmoment over een lange afstand overbrengen door de aangrenzende koppeling tussen lokale spins zonder stromende geladen elektronen, licht werpen op een Joule-verwarmingsvrije versie van micro-elektronica. Magnons zullen dus naar verwachting dienen als ideeëndrager voor het verzenden, opslaan, en het verwerken van spin-informatie.

Daarvoor, het wordt een open en grensvraag voor magnonics en spintronica of magnons spinkoppel kunnen overbrengen of niet naast de pure spinstroom. Het antwoord op deze vraag bepaalt de mogelijkheid om pure magnonische manieren te ontwikkelen om magnetisaties te beheersen. Hoewel het magneton transfer torque (MTT) effect theoretisch is bestudeerd, de nauwkeurige bevestiging ervan in experimenten is nog steeds een uitdaging.

Dr. Guo Chenyang, Associate Prof. WAN Caihua en Prof. HAN Xiufeng enz. in de M02-groep van het Institute of Physics van de Chinese Academie van Wetenschappen hebben onlangs een isolerende magnetische heterostructuur ontworpen Y 3 Fe 5 O 12 /NiO/Pt met loodrechte magnetische anisotropie (PMA) waarin het MTT-effect ondubbelzinnig is bevestigd door het stroomgestuurde magnetisatieschakelfenomeen.

In deze structuur, platina als een zwaar metaal met een sterke spin-baankoppeling is verantwoordelijk voor het produceren van pure spinstroom door er een stroom doorheen te laten lopen. Als een antiferromagnetische isolator, NiO wordt gebruikt om elektronische spinstroom om te zetten in magnonische spinstroom (magnonstroom). De isolerende Y 3 Fe 5 O 12 (YIG) met PMA wordt toegepast als een magnon spoelbak. Zodra de MTT bestaat, de magnetisatie van YIG kan worden gekanteld of geschakeld door de magnonstroom.

Als isolatoren, YIG en NiO kunnen veilig voorkomen dat elektronische stroom erin binnendringt, zodat eventuele invloeden van elektronische spinstroom kunnen worden geëlimineerd. Tegelijkertijd, loodrechte YIG kan niet deterministisch worden geschakeld door een Oersted-veld in het vlak, die een mogelijkheid van het Oersted-mechanisme volledig kan uitsluiten. Daarom, alleen de magnonstroom door het antiferromagnetische NiO heeft het vermogen om koppel uit te oefenen op YIG en veroorzaakt de magnetisatie-omschakeling.

Deze waarneming verifieert dus ondubbelzinnig het MTT-effect. Volgens de kenmerken van SOT-geïnduceerde magnetisatieschakeling, als het toegepaste veld in het vlak wordt omgekeerd, de SOT-schakelrichting moet ook worden omgekeerd. Deze functie kan een extra indicatie zijn voor het MTT-effect.

Daarom, dit werk stelt duidelijk het fysische scenario vast voor het koppeleffect van de magnetonoverdracht, en laat zien dat de MTT nuttig is als hulpmiddel om de magnetisatie van magnetische isolatoren te beheersen, die de ontwikkeling van puur magnon-geheugen en logische apparaten kan bevorderen.

Het gerelateerde werk is gepubliceerd in Fysieke beoordeling B getiteld "Schakelen van loodrechte magnetisatie van een magnetische isolator door magnon-overdrachtskoppel."