Версия для слабовидящих
Российские физики научились закручивать магнитные вихри для спинтроники Печать Email
Новости об инновациях
16.11.2015

Схема магнитного вихря - в центре магнитный момент направлен вверх, а вокруг него магнитные моменты закручены, образуя вихрь. Схема магнитного вихря - в центре магнитный момент направлен вверх, а вокруг него магнитные моменты закручены, образуя вихрь.

Международная группа физиков из России, Франции и Тайваня нашла способ уменьшить затраты энергии, необходимые для зарождения магнитных вихрей в спинтронных устройствах. Оказалось, что в системах ферромагнетик-топологический изолятор этот процесс является резонансным, и для максимальной эффективности необходимо просто подобрать определенную частоту и плотность переменного тока. Работа опубликована в журнале Physical Review B.

Магнитные вихри можно представить как особые образования из векторов намагниченности, возникающие в некоторых веществах: в центре вектор намагниченности ориентирован перпендикулярно поверхности, а по краям они образуют структуру, напоминающую вихрь или воронку. Вектор намагниченности связан с взамным расположением электронных спинов (квантовой характеристикой элементарных частиц — собственный момент импульса) отдельных атомов.

В спинтронике планируется использовать процессы движения магнитных вихрей (или спинового переноса) для хранения информации. Например, в зависимости от направления магнитного момента ядра вихря вверх или вниз можно реализовать двоичную запись из нулей и единиц. Для этой же цели можно использовать направления закрученности вихря — по или против часовой стрелки. Но для того, чтобы эффективно управлять характеристиками магнитных вихрей, необходимо понимать, какие именно процессы связаны с их образованием и движением в веществе.

Ранее было показано, что некоторые вещества — топологические изоляторы — способны «замораживать» направление спинов движущихся по своей поверхности электронов. Поэтому в спинтронике ученые предложили использовать комбинированные системы, состоящие из ферромагнетиков — веществ, в которых образуются вихри — и топологических изоляторов, с помощью которых этими вихрями можно управлять. Основная задача, которая стоит с настоящее время перед исследователями — создать достаточно сильный магнитный вихрь в таком устройстве, затратив при этом минимальное количество энергии.

Схема модельного устройства – вверху пластинка ферромагнетика пермаллоя, внизу – топологический изолятор селенид висмута. Изображение: P. N. Skirdkov et al. / Physical Review B, 2015

Для этой цели авторы работы решили провести теоретическое исследование процессов рождения и переноса вихрей за счет переменного радиочастотного тока в такой структуре. Модельное устройство состояло из ферромагнетика пермаллоя (сплава железа и никеля) и топологического изолятора селенида висмута. Расчет авторы проводили с помощью программного пакета SpinPM, разработанного ими же в более ранних работах.

В ходе предварительного моделирования оказалось, что постоянный ток не возбуждает вращение вихрей, а лишь слегка смещает их из равновесного положения. Однако ситуация поменялась при переходе к переменному току с частотами порядка одного гигагерца. Оказалось, что существует некая резонансная частота, при которой радиус образующихся вихрей резко растет. К тому же авторы доказали, что для получения вихрей можно использовать плотности тока в несколько раз меньшие, чем требовались в проводимых ранее экспериментах. Ученые считают, что эффект связан с тем, что переменный ток в такой структуре индуцирует появление вектора вращательного магнитного момента, который и становится причиной образования вихря.

Спинтроника — раздел электроники, в основе которого лежат процессы управления отдельными спинами частиц или магнитных образований. В отличие от других способов записи, требующих электронного переноса, обработка и возбуждение магнитных вихрей требует меньших затрат энергии и времени, что делает устройства на их основе более эффективными и экономичными.

Автор: Екатерина Митрофанова

Источник - http://www.nanonewsnet.ru/news/2015/rossiiskie-fiziki-nauchilis-zakruchivat-magnitnye-vikhri-dlya-spintroniki

 

Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта Карта сайта