Bij een recente doorbraak ontdekte een team van onderzoekers onder leiding van Dr. Satoru Emori van het National Institute for Materials Science (NIMS) in Tsukuba, Japan, dat een bepaalde magnetische eigenschap van een materiaal, bekend als de Dzyaloshinskii-Moriya-interactie (DMI) , speelt een cruciale rol bij het bepalen hoe een spinstroom verandert met de temperatuur. Deze bevinding opent nieuwe wegen voor het begrijpen en beheersen van spinstromen, die essentieel zijn voor spintronica-apparaten.

Spintronica is een onderzoeksgebied dat het gebruik van elektronenspins in plaats van elektrische ladingen voor informatieverwerking en -opslag onderzoekt. Het vermogen om spinstromen, die stromen van elektronenspins zijn, te beheersen, is van cruciaal belang voor het realiseren van spintronica-apparaten. Het gedrag van spinstromen onder temperatuurveranderingen wordt echter nog steeds slecht begrepen, wat hun praktische toepassingen belemmert.

In hun studie, gepubliceerd in het tijdschrift Nature Communications, gebruikten de onderzoekers een nieuw ontwikkelde techniek, de spin-torque ferromagnetische resonantiespectroscopie, om de DMI en de spinstroom-temperatuurafhankelijkheid van verschillende dunne films te meten.

De DMI is een magnetische interactie tussen aangrenzende spins die voortkomt uit het ontbreken van inversiesymmetrie in een kristal. Het kan positief of negatief zijn, afhankelijk van het materiaal en de structuur ervan.

De onderzoekers ontdekten dat de spinstroom sterk werd beïnvloed door het teken en de sterkte van de DMI. Vooral materialen met een positieve DMI vertoonden een afname van de spinstroom bij toenemende temperatuur, terwijl materialen met een negatieve DMI een toename vertoonden. Dit gedrag zou kunnen worden verklaard door de temperatuurafhankelijke fluctuaties van de magnetische momenten, die worden versterkt door de DMI.

Het onderzoeksteam toonde ook aan dat de DMI effectief kon worden gecontroleerd door een extern magnetisch veld aan te leggen. Door het magnetische veld af te stemmen, konden ze het teken van de DMI omkeren en de temperatuurafhankelijkheid van de spinstroom veranderen.

Deze bevindingen bieden een dieper inzicht in de relatie tussen de magnetische eigenschappen van een materiaal en het gedrag van spinstromen, en maken de weg vrij voor het ontwerpen van nieuwe spintronica-apparaten die stabiel kunnen werken bij verschillende temperaturen.

De studie opent opwindende mogelijkheden voor de toekomst van de spintronica, waardoor de ontwikkeling van nieuwe apparaten mogelijk wordt, zoals op spin gebaseerde logische circuits, magnetische sensoren en magnetisch geheugen met hoge dichtheid met verbeterde prestaties en energie-efficiëntie.