Onderzoekers van de Tohoku University in Japan hebben een schakelaar ontdekt om de spinstroom te regelen. een mechanisme dat nodig is voor informatieverwerking met volledig op spin gebaseerde apparaten.

Dit is belangrijk, want hoewel de technologie achter het detecteren en genereren van de spinstroom al enige tijd bestaat, een lang ontbrekend onderdeel in de geschiedenis van spintronica is een 'spinstroomschakelaar' geweest. Het is het equivalent van de transistor die in de elektronica wordt gebruikt om de stroom van elektriciteit in en uit te schakelen.

Spintronica is een opkomend gebied van elektronica op nanoschaal dat niet alleen de lading van elektronen gebruikt, maar ook de spin van elektronen. De technologie vereist geen gespecialiseerd halfgeleidermateriaal, wat resulteert in lagere productiekosten.

Andere voordelen zijn minder energieverbruik, evenals een laag stroomverbruik met concurrerende gegevensoverdracht en opslagcapaciteit. Het is gebruikt in een verscheidenheid aan apparaten voor informatieverwerking, geheugen en opslag, in het bijzonder harde schijven met ultrahoge dichtheid en niet-vluchtige geheugens.

Materialen hebben ingebouwde mechanismen om de elektrische detectie van de spinstroom mogelijk te maken, zoals het inverse spin-hall-effect (ISHE). Met behulp van de ISHE, spinstroom opgewekt door andere vormen van energie zoals microgolven (spinpumping) en warmte (spin Seebeck-effect) wordt in het materiaal omgezet in elektrische spanning.

Nutsvoorzieningen, Zhiyong Qiu, Dazhi Hou, Eiji Saitoh, en medewerkers aan de universiteiten van Tohoku en Mainz, hebben bewezen dat een nieuw ontwikkelde gelaagde structuur van materialen werkt als een spinstroomschakelaar. Met behulp van de structuur, ze waren in staat om de transmissie van spinstroom te regelen met een toename van 500% bij bijna kamertemperatuur.

De drielaagse structuur belegt Cr ₂ O ₃ tussen yttrium-ijzer-granaat (YIG) en platina (Pt). Het YIG/Pt-paar is een standaardcombinatie van materialen die wordt gebruikt om de spinstroom te onderzoeken - beide zijn isolatoren waarin elektronen niet kunnen stromen. YIG, een ferrimagneet elektrische isolator, genereert spinstroom in reactie op RF-microgolf of temperatuurgradiënt en Pt, een paramagnetisch metaal, detecteert de spinstroom als een elektrische spanning via ISHE.

Door Cr . te plaatsen ₂ O ₃ tussen de materialen, het spanningssignaal bij Pt geeft weer hoeveel de Cr ₂ O ₃ laag kan de spinstroom overbrengen. De onderzoekers onderzochten de verandering van de spanning ten opzichte van de temperatuur en het aangelegde magnetische veld.

"We hebben een enorme vermindering van het spanningssignaal waargenomen bij het overschrijden van de temperatuur rond 300K, op welk punt Cr ₂ O ₃ verandert zijn fase van paramagneet naar anti-ferromagneet (Neel-punt), " zei assistent-professor Dazhi Hou. De verandering van de spinstroomtransmissie is een toename van bijna 500% onder toepassing van een magnetisch veld. Dit gedrag suggereert dat de gelaagde structuur werkt als een spinstroomschakelaar bij het overschrijden van het Neel-punt van Cr ₂ O ₃ of het aanleggen van een magnetisch veld.

"Net zoals de transistor een revolutie teweegbracht in de elektronica door de schaalbare ontwikkeling van elektronische apparaten mogelijk te maken, de ontdekking van een spinstroomschakelaar zal de spintronica waarschijnlijk in een nieuwe richting sturen, " zei professor Eiji Saitoh. "Het is een belangrijke ontwikkeling."