Computers verwerken en dragen gegevens over via elektrische stromen die door kleine circuits en draden gaan. Aangezien deze stromen op weerstand stuiten, ze creëren warmte die de efficiëntie en zelfs de veiligheid van deze apparaten kan ondermijnen.

Om warmteverlies te minimaliseren en de prestaties te optimaliseren voor energiezuinige technologie, onderzoekers onderzoeken andere manieren om informatie te verwerken die energiezuiniger kunnen zijn. Een benadering die onderzoekers van het Argonne National Laboratory van het Amerikaanse Department of Energy (DOE) onderzoeken, is het manipuleren van de magnetische spin van elektronen, een wetenschappelijk gebied dat bekend staat als spintronica.

"Bij spintronica, je kunt informatie zien als een magneet die de ene kant op wijst en een andere magneet die in de tegenovergestelde richting wijst, " zei materiaalwetenschapper Axel Hoffman van Argonne. "We zijn geïnteresseerd in hoe we magnetische excitatie in toepassingen kunnen gebruiken, omdat het verwerken van informatie op deze manier minder energie kost dan het vervoeren van informatie door een elektrische lading."

In een rapport gepubliceerd in Nano-letters , Hoffman en collega-onderzoekers onthullen nieuwe inzichten in de eigenschappen van een magnetische isolator die in aanmerking komt voor toepassingen met laag vermogen; hun inzichten vormen vroege opstapjes naar de ontwikkeling van snelle, elektronica met laag vermogen die elektronenspin gebruikt in plaats van te laden om informatie te vervoeren.

Het materiaal dat ze bestudeerden, yttrium ijzer-granaat (YIG), is een magnetische isolator die spinstroom efficiënt genereert en doorgeeft en weinig energie dissipeert. Vanwege de lage dissipatie, YIG is gebruikt in microgolf- en radartechnologieën, maar recente ontdekkingen van spintronische effecten geassocieerd met YIG hebben onderzoekers ertoe aangezet om mogelijke spintronische toepassingen te onderzoeken.

In hun rapport, Onderzoekers van Argonne karakteriseren de spindynamiek die gepaard gaat met een kleinschalige steekproef van YIG wanneer dat materiaal wordt blootgesteld aan een elektrische stroom.

"Dit is de eerste keer dat iemand spindynamiek heeft gemeten op een steekproefomvang van deze kleine, " zei Benjamin Jungfleisch, een postdoctoraal aangestelde Argonne en hoofdauteur van het rapport. "Het begrijpen van het gedrag bij een klein formaat is cruciaal omdat deze materialen klein moeten zijn om ooit het potentieel te hebben om succesvol te worden geïntegreerd in apparaten met een laag vermogen."

Onderzoekers bevestigden het YIG-monster aan platina-nanodraden met behulp van elektrische bundellithografie, het creëren van een YIG/platina-structuur ter grootte van een micrometer. Vervolgens stuurden ze een elektrische stroom door het platina om de YIG te prikkelen en de spindynamiek aan te drijven. Vervolgens namen ze elektrische metingen om de magnetisatiedynamiek te karakteriseren en te meten hoe deze dynamiek veranderde door de YIG te verkleinen.

"Bij het krimpen van materialen, ze kunnen zich op verschillende manieren gedragen, manieren die een wegversperring kunnen vormen voor het identificeren en actualiseren van potentiële nieuwe toepassingen, "Hoffman zei. "Wat we hebben waargenomen is dat, hoewel er kleine details zijn die veranderen wanneer YIG kleiner wordt gemaakt, er lijkt geen fundamentele wegversperring te zijn die ons ervan weerhoudt de fysieke benaderingen te gebruiken die we gebruiken voor kleine elektrische apparaten."

Het verslag, getiteld "Isolerende nanomagneten aangedreven door Spin Torque, " is gepubliceerd in Nano-letters .