Divovska vodljivost spinskog vala magnona u ultratankim izolatorima iznenađuje istraživače


Divovska vodljivost spinskog vala magnona u ultratankim izolatorima iznenađuje istraživače

Struja (I) kroz elektrodu injektora stvara magnone u tankom YIG sloju. Oni teku prema elektrodi detektora, gdje proizvode električni napon (V). Zasluge: Sveučilište u Groningenu / Xiangyang Wei

Kad vodljive žice stanjite, njihov električni otpor raste. Ovo je Ohmov zakon i općenito je točan. Važan izuzetak su vrlo niske temperature, gdje se pokretljivost elektrona povećava kada žice postanu toliko tanke da su zapravo dvodimenzionalne. Sada su fizičari sa Sveučilišta u Groningenu, zajedno s kolegama sa Sveučilišta u Brestu, uočili da se nešto slično događa s vodljivošću magnona, spinskih valova koji putuju kroz magnetske izolatore, slično valu kroz stadion. Povećanje vodljivosti bilo je spektakularno i dogodilo se na sobnoj temperaturi okoline. Ovo zapažanje objavljeno je u Prirodni materijali 22. rujna.

Elektroni imaju a magnetski moment, nazvan spin, koji ima vrijednost “gore” ili “dolje”. Moguće je akumulirati jednu vrstu spina slanjem struje kroz a teški metal, kao što je platina. Kada ti spinovi nošeni elektronima naiđu na magnetski izolator YIG (itrijevo željezni granat), elektroni ne mogu proći. Međutim, na sučelju s YIG-om, pobuda spina se prenosi dalje: pobuđuju se magnoni (koji također mogu nositi spin). Ovi spinski valovi prolaze kroz magnetski izolator poput vala na stadionu: nijedan od elektrona (“gledatelja”) ne pomiče se sa svog mjesta, ali ipak prenose spinsku pobudu. Na elektrodi detektora događa se obrnuti proces: magnoni stvaraju elektroničke vrtnje, koje potom proizvode električni napon koji se može mjeriti, objašnjava Bart van Wees, profesor primijenjene fizike na Sveučilištu u Groningenu i stručnjak za područja kao što je spintronika.

Motivirana povećanjem pokretljivosti elektrona u 2D materijalima, njegova je grupa odlučila testirati magnon transport u ultratankim (nanometarskim) YIG filmovima. “Ovi filmovi nisu striktno 2D materijali, ali kada su dovoljno tanki, magnoni se mogu kretati samo u dvije dimenzije”, objašnjava Van Wees. Mjerenja, koja je izvršio dr. sc. student Xiangyang Wei, proizveo je iznenađujući rezultat: vodljivost vrtnje porasla je za tri reda veličine, u usporedbi s YIG rasutim materijalom.

Dramatični efekti

Znanstvenici ne koriste olako pojmove poput “div”, ali u ovom slučaju to je bilo potpuno opravdano, kaže Van Wees. “Učinili smo materijal 100 puta tanjim, a magnonska vodljivost se smanjila 1000 puta. I to se nije dogodilo na niskim temperaturama, kao što je potrebno za visoku mobilnost elektrona u 2D vodičima, već na sobnoj temperaturi.” Ovaj je rezultat bio neočekivan i do sada neobjašnjen. Van Wees: “U našem radu dajemo provizorno teoretsko objašnjenje koje se temelji na prijelazu s 3D na 2D transport magnona. Ali to ne može u potpunosti objasniti dramatične učinke koje opažamo.”

Dakle, što bi se moglo učiniti s ovom divovskom magnonskom kondukcijom? “Mi to ne razumijemo”, kaže Van Wees. “Stoga su naše trenutne tvrdnje ograničene. Ovo omogućuje istraživanje koje bi moglo ukazati na put do neke nove, još neotkrivene fizike. Dugoročno, to bi moglo proizvesti i nove uređaje.” Prvi autor Xiangyang Wei dodaje: “Budući da nema prijenosa elektrona, magnonski valovi ne proizvode konvencionalno rasipanje topline. A proizvodnja topline veliki je problem u sve manjim elektroničkim uređajima.”

Supravodljivost

A kako su magnoni bozoni (tj. imaju cjelobrojne kvantne vrijednosti spina), moglo bi biti moguće stvoriti koherentno stanje usporedivo s Bose-Einsteinovim kondenzatom. Van Wees: “Ovo bi čak moglo proizvesti spinsku supravodljivost.” Sve je to za budućnost. Za sada je velika vodljivost magnona u YIG-u dobro dokumentirana. “Mjerenja su jasna. Radujemo se dobroj suradnji teorijskih fizičara i eksperimentatora.”


Praktični tranzistor sa spin valom korak bliže


Više informacija:
X.-Y. Wei et al, Divovska magnonska spinska vodljivost u ultratankim filmovima itrijevo-željeznog granata, Prirodni materijali (2022). DOI: 10.1038/s41563-022-01369-0

Citat: Vodljivost divovskog magnonskog spinskog vala u ultratankim izolatorima iznenađuje istraživače (2022., 23. rujna) preuzeto 23. rujna 2022. s https://phys.org/news/2022-09-giant-magnon-ultrathin-insulators.html

Ovaj dokument podliježe autorskim pravima. Osim poštenog poslovanja u svrhu privatnog proučavanja ili istraživanja, niti jedan dio ne smije se reproducirati bez pismenog dopuštenja. Sadržaj je dat samo u informativne svrhe.