De onderzoeksgroep van professor Jairo Sinova aan het Institute of Physics aan de Johannes Gutenberg University Mainz (JGU), in samenwerking met onderzoekers uit Praag, Cambridge, en Nottingham, hebben een nieuw natuurkundig fenomeen voorspeld en ontdekt dat het mogelijk maakt om de toestand van een magneet te manipuleren door elektrische signalen. Huidige technologieën voor schrijven, opslaan, en leesinformatie zijn ofwel op kosten gebaseerd of op spin gebaseerd. Halfgeleider-flashgeheugens of geheugens met willekeurige toegang zijn uitstekende voorbeelden van de grote verscheidenheid aan op lading gebaseerde apparaten.

Ze maken gebruik van de mogelijkheid die halfgeleiders bieden om hun elektronische ladingstoestanden, die de "nullen" en "enen" vertegenwoordigen, gemakkelijk elektrisch te manipuleren en te detecteren. Het nadeel is dat zwakke verstoringen zoals onzuiverheden, temperatuur verandering, of straling kan leiden tot ongecontroleerde herverdelingen van de lading en, als gevolg, tot gegevensverlies. Spin-gebaseerde apparaten werken volgens een geheel ander principe. Bij sommige materialen is zoals ijzer, elektronenspins genereren magnetisme en de positie van de noord- en zuidpool van de magneet kan worden gebruikt om de nullen en enen op te slaan. Deze technologie zit achter geheugentoepassingen, variërend van kilobyte magneetstripkaarten tot terabyte computerharde schijven.

Omdat ze gebaseerd zijn op spin, de apparaten zijn veel robuuster tegen verstoringen van de lading. Echter, het nadeel van huidige magnetische geheugens is dat om de noord- en zuidpool van de magneet om te keren, d.w.z., draai de nul naar één of omgekeerd, het magnetische bit moet worden gekoppeld aan een elektromagneet of aan een andere permanente magneet. Als men in plaats daarvan de polen zou kunnen omdraaien door een elektrisch signaal zonder een andere magneet te gebruiken, een nieuwe generatie herinneringen kan worden overwogen die de verdiensten van zowel op lading als op spin gebaseerde apparaten combineert.

Om een ​​magneet elektrisch te laten schudden zonder tussenkomst van een elektromagneet of een andere permanente magneet, moet men uit het rijk van de klassieke natuurkunde stappen en de relativistische kwantummechanica betreden. De relativiteitstheorie van Einstein stelt elektronen die aan elektrische stroom onderhevig zijn in staat om hun spins te ordenen, zodat ze magnetisch worden. De onderzoekers namen een permanente magneet GaMnAs en door een elektrische stroom in de permanente magneet aan te brengen, creëerden ze een nieuwe interne magnetische wolk, die de omringende permanente magneet kon manipuleren. Het werk is gepubliceerd in het tijdschrift Natuur Nanotechnologie op 2 maart 2014.

Het waargenomen fenomeen hangt nauw samen met het relativistische intrinsieke spin Hall-effect dat Jörg Wunderlich, Jairo Sinova, en Tomas Jungwirth ontdekten in 2004 na een voorspelling van Sinova en collega's in 2003. Sindsdien is het een leerboekdemonstratie geworden van hoe elektrische stromen elk materiaal kunnen magnetiseren. "Tien jaar geleden voorspelden en ontdekten we hoe elektrische stromen pure spinstromen kunnen genereren door de intrinsieke structuur van materialen. Nu hebben we laten zien hoe dit effect kan worden omgekeerd om magneten te manipuleren door de stroomgeïnduceerde polarisatie. Deze nieuwe fenomenen zijn een belangrijke onderwerp van onderzoek vandaag, omdat ze kunnen leiden tot een nieuwe generatie geheugenapparaten.Naast onze voortdurende samenwerkingen, deze onderzoeksrichting past heel goed bij lopend experimenteel onderzoek hier in Mainz. Deel uitmaken van dit toonaangevende onderzoek en samenwerken met geweldige collega's is een enorm voorrecht en ik ben erg enthousiast over de toekomst", zegt professor Jairo Sinova.