Onderzoekers van de New York University en IBM Research hebben een nieuw mechanisme aangetoond met elektronenbeweging in magnetische materialen dat wijst op nieuwe manieren om de gegevensopslag mogelijk te verbeteren. Het werk, gerapporteerd in het journaal Fysieke beoordelingsbrieven , onthult een proces voor het bepalen van de richting van de magnetische informatie, of draaien, gebaseerd op een elektrische stroom.

De ontdekking komt voort uit het wetenschappelijke veld van spintronica, die rekening houdt met gecondenseerde materie en kwantumfysica. Spintronics is een afkorting voor elektronica, of elektrische apparaten, die naast de elektrische lading ook de spin van het elektron gebruiken.

"Een van de belangrijkste doelen van spintronica-onderzoek is het controleren van de richting van de spin van elektronen in materialen, " legt Andrew Kent uit, een professor aan de afdeling Natuurkunde van de NYU en een van de senior auteurs van het artikel. "Dit onderzoek toont een nieuw en fundamenteel mechanisme aan voor het bepalen van de spinrichting van het elektron in een geleidend materiaal."

"Deze vooruitgang in spintronica biedt een nieuwe manier om koppels uit te oefenen op een magnetische laag, ", voegt senior co-auteur Jonathan Sun van IBM Research en gastwetenschapper aan de NYU toe. "Het is een veelbelovende vooruitgang die het potentieel heeft om de energie- en ruimtevereisten voor de opslag van apparaatgegevens te verminderen."

Het werk, uitgevoerd met Junwen Xu, een afgestudeerde NYU-student, en Christopher Safranski van IBM Research, is het nieuwste voorbeeld van een fenomeen dat centraal staat in de overdracht van informatie:het veranderen van de ene vorm in de andere.

Bijvoorbeeld, mobiele telefoons zetten spraak en e-mails om in radiogolven die naar de torens van mobiele telefoons reizen waar de signalen worden omgezet in elektrische signalen, terwijl internet elektrische signalen omzet in optische signalen (d.w.z. lichtpulsen) voor transmissie over lange afstand.

In de Fysieke beoordelingsbrieven Onderzoek, Safranski, Zon, Xu, en Kent concentreerde zich op het demonstreren van een nieuw mechanisme voor de controle van de draairichting - de richting die de opgeslagen stukjes informatie bestuurt.

historisch, het is aangetoond dat stroom in niet-magnetische zware metalen leidt tot spinpolarisatie, of een richting van zijn netto magnetisch moment, aan het oppervlak van de geleider, een effect dat bekend staat als het spin Hall-effect. Echter, de richting van de spinpolarisatie in het spin Hall-effect is altijd evenwijdig aan het oppervlak van de geleider. Dit beperkt de toepassingen omdat het slechts één mogelijke as van spinpolarisatie biedt, opslagdichtheid beperken.

In de Fysieke beoordelingsbrieven Onderzoek, de wetenschappers gebruikten het planar-Hall-effect in een ferromagnetische geleider om de oriëntatie van de spin-polarisatie-as te regelen.

specifiek, ze hebben een ferromagnetische geleider ingezet - ijzer, nikkel, en kobalt zijn voorbeelden van dergelijke geleiders - en ontdekte dat de stroom in de geleider een spinpolarisatie kan produceren in een richting die wordt bepaald door het magnetische moment. Dit is belangrijk omdat de magnetische momentrichting nu in zowat elke gewenste richting kan worden ingesteld om vervolgens de spinpolarisatie in te stellen - een flexibiliteit die niet mogelijk is onder de contouren van het spin Hall-effect in niet-magnetische zware metalen.

Ze ontdekten ook dat deze gepolariseerde spins buiten de ferromagnetische laag reizen en leiden tot een pure spinstroom - een spinstroom zonder bijbehorende elektrische stroom - in een aangrenzend niet-magnetisch metaal. Dit fenomeen heeft het potentieel om een ​​nieuwe generatie spin-gecontroleerde geheugenapparaten mogelijk te maken voor een hogere dichtheid en efficiëntere geheugentechnologie.