Создана первая электрическая цепь на спиновых волнах в непроводящем магнетике

Физики из университета Гронингена впервые создали электронную цепь на спиновых волнах в непроводящем магнитном материале. Сигнал в ней распространяется не благодаря движению электронов, а благодаря колебанию направления намагниченности, распространяющемуся вдоль материала. Ранее это считалось невозможным. Исследование опубликовано в журнале Nature Physics, кратко о нем сообщает пресс-релиз университета.

Спиновые волны — волны нарушения упорядоченности в различных магнитных системах. К примеру, ферромагнетики устроены таким образом, что магнитные моменты ряда атомов, из которых они состоят, сонаправлены и формируют некоторую упорядоченную структуру, похожую на кристаллическую решетку. Таким образом, все атомы оказываются маленькими магнитами, связанными между собой. Если один из магнитов отклонится от своего положения, то он отклонит вслед за собой и соседний магнит — так формируется целая волна отклонений, спиновая волна.

Авторам удалось реализовать передачу спиновой волны в иттрий-железном гранате, материале, который является изолятором, однако обладает магнитными свойствами. В своем устройстве физики добились перехода электрического тока в спиновую волну на контакте платины и граната, а, затем, обратно. Волна порождалась в результате столкновений электронов с поверхностью, разделяющей электропроводную платину и гранат. Это вызывало нарушение в упорядочении магнитных моментов атомов. Несмотря на то, что ранее считалось невозможным создать нарушение, достаточное для возникновения волны, благодаря особой геометрии устройствам физикам все же это удалось. Авторы показали, что в эксперименте волна распространялась на расстояние порядка 10 микрометров.

Движение волны очень сильно подвержено внешним магнитным полям, причем, чем волна длиннее, тем выше эта чувствительность. Авторы работы предполагают, что разработанное устройство можно будет использовать для обнаружения и измерения слабых магнитных полей. Кроме того, спиновые волны можно использовать для переключения магнитных спинов в устройствах хранения информации. Благодаря тому, что передача спиновых волн требует гораздо меньше энергии, чем на протекание электрического тока, это позволит создать более энергоэффективные устройства, чем современные.