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    Dimostrazione sperimentale univoca dell'effetto della coppia di trasferimento Magnon

    (a) Diagramma schematico e (b) Conferma sperimentale dell'effetto MTT. (a) La corrente di spin in Pt viene trasformata come corrente magnon in NiO e quindi trasferisce il momento angolare di spin a Y 3 Fe 5 oh 12 (YIG). (b) Resistenza anomala di Hall in funzione della corrente applicata in diversi campi applicati. Si osservano circuiti di commutazione di magnetizzazione con direzioni di commutazione opposte sotto campi opposti. (Immagine di IOP)

    La coppia di rotazione fornisce mezzi elettrici convenienti per controllare in modo efficiente le magnetizzazioni. Di solito può essere prodotto da corrente di spin polarizzata o corrente di spin pura tramite effetto spin Hall. Il primo e il secondo sono denominati spin transfer torque (STT) e spin orbit torque (SOT), rispettivamente. Utilizzando questi strumenti, le persone hanno sviluppato la seconda generazione STT-MRAM (Magnetic Random-Access Memory) con anisotropia magnetica nel piano, la STT-MRAM di terza generazione con anisotropia magnetica perpendicolare e la SOT-MRAM di quarta generazione tra gli altri dispositivi e chip spintronici. Inoltre, chip STT-MRAM perpendicolari sono stati dimostrati e vicini ad applicazioni su larga scala.

    È stato dimostrato che le eccitazioni collettive in sistemi spin-ordinati o onde di spin o magnon trasmettono il momento angolare di spin su una lunga distanza solo dall'accoppiamento adiacente tra spin locali senza flusso di elettroni carichi, far luce su una versione della microelettronica senza riscaldamento Joule. Ci si aspetta quindi che i Magnon servano come portatori di idee per trasmettere, immagazzinare, e l'elaborazione delle informazioni di rotazione.

    Prima di ciò, diventa una questione aperta e di frontiera per la magnonica e la spintronica se i magnon possano trasferire o meno la coppia di spin oltre alla pura corrente di spin. La risposta a questa domanda determina la possibilità di sviluppare modi magnonici puri per controllare le magnetizzazioni. Sebbene l'effetto della coppia di trasferimento del magnetone (MTT) sia stato teoricamente studiato, la sua conferma accurata negli esperimenti è ancora difficile.

    Dott. Guo Chenyang, Il Prof. Associato WAN Caihua e il Prof. HAN Xiufeng ecc. nel gruppo M02 presso l'Istituto di Fisica dell'Accademia Cinese delle Scienze hanno recentemente progettato un'eterostruttura magnetica isolante Y 3 Fe 5 oh 12 /NiO/Pt con anisotropia magnetica perpendicolare (PMA) in cui l'effetto MTT è stato inequivocabilmente confermato dal fenomeno di commutazione della magnetizzazione guidata dalla corrente.

    In questa struttura, il platino come un metallo pesante con un forte accoppiamento spin-orbita è responsabile della produzione di pura corrente di spin applicando una corrente attraverso di esso. Come isolante antiferromagnetico, NiO viene utilizzato per convertire la corrente di spin elettronica in corrente di spin magnonica (corrente di magnon). L'isolante Y 3 Fe 5 oh 12 (YIG) con PMA viene applicato come lavandino Magnon. Una volta che l'MTT esiste, la magnetizzazione di YIG può essere inclinata o commutata dalla corrente di Magnon.

    Come isolanti, YIG e NiO possono impedire in modo sicuro che la corrente elettronica penetri al loro interno, in questo modo è possibile eliminare qualsiasi influenza della corrente di spin elettronica. Allo stesso tempo, YIG perpendicolare non può essere commutato in modo deterministico da un campo Oersted nel piano, che può escludere completamente una possibilità del meccanismo di Oersted. Perciò, solo la corrente di Magnon attraverso il NiO antiferromagnetico ha capacità di esercitare coppia su YIG e ne provoca la commutazione della magnetizzazione.

    Questa osservazione verifica quindi inequivocabilmente l'effetto MTT. Secondo le caratteristiche della commutazione della magnetizzazione indotta da SOT, se il campo nel piano applicato è invertito, anche la direzione di commutazione SOT dovrebbe essere invertita. Questa funzione può essere un'indicazione aggiuntiva per l'effetto MTT.

    Perciò, questo lavoro stabilisce chiaramente lo scenario fisico per l'effetto della coppia di trasferimento del magnetone, e mostra che l'MTT è utile come strumento per controllare la magnetizzazione degli isolanti magnetici, che può far progredire lo sviluppo della memoria magnon pura e dei dispositivi logici.

    Il relativo lavoro è stato pubblicato in Revisione fisica B intitolato "Commutazione della magnetizzazione perpendicolare di un isolante magnetico mediante coppia di trasferimento magnon".


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