Un elettrone trasporta carica elettrica e spin che dà luogo a un momento magnetico e può quindi interagire con campi magnetici esterni. L'elettronica convenzionale si basa sulla carica dell'elettrone. Il campo emergente della spintronica mira a sfruttare lo spin dell'elettrone. L'uso degli spin come unità elementari nell'informatica e nell'elettronica altamente efficiente è l'obiettivo finale della scienza spintronica a causa del consumo minimo di energia spintronica. In questo studio, i ricercatori hanno manipolato e amplificato la corrente di spin attraverso la progettazione delle strutture a strati, un passo fondamentale verso questo obiettivo.

Per i cellulari, computer, e altri dispositivi elettronici, un grave difetto è la generazione di calore quando gli elettroni si muovono intorno ai circuiti elettronici. La perdita di energia riduce significativamente l'efficienza del dispositivo. In definitiva, il calore limita l'impaccamento dei componenti in microchip ad alta densità. La promessa di Spintronics è eliminare questa perdita di energia. Lo fa semplicemente spostando lo spin dell'elettrone senza spostare gli elettroni. L'utilizzo di strategie di progettazione come quelle identificate da questa ricerca potrebbe portare a una spintronica altamente efficiente dal punto di vista energetico per sostituire l'elettronica di oggi.

Un importante ostacolo alla realizzazione della spintronica è l'amplificazione di piccoli segnali di spin. Nell'elettronica convenzionale, l'amplificazione di una corrente di elettroni si ottiene utilizzando i transistor. Recentemente, ricercatori della Johns Hopkins University hanno dimostrato che piccole correnti di spin possono essere amplificate inserendo sottili film di materiali isolanti antiferromagnetici (materiali in cui i momenti magnetici vengono annullati) nelle strutture stratificate, producendo effettivamente un transistor di spin. Gli scienziati hanno utilizzato film sottili di isolanti antiferromagnetici, come nichel e ossido di cobalto, racchiuso tra l'isolante ferrimagnetico ittrio ferro granato (YIG) e normali pellicole metalliche. Con tali dispositivi, hanno dimostrato che la pura corrente di spin iniettata termicamente da YIG nel metallo può essere amplificata fino a dieci volte dal film isolante antiferromagnetico. I ricercatori hanno scoperto che la fluttuazione di spin dello strato isolante antiferromagnetico migliora la corrente di spin. Hanno anche scoperto che l'amplificazione è linearmente proporzionale alla conduttanza di miscelazione dello spin del metallo normale e dell'YIG. Gli esperimenti hanno dimostrato questo effetto per vari metalli. Ulteriore, lo studio ha mostrato che l'amplificazione della corrente di spin è proporzionale alla conduttanza di miscelazione di spin dei sistemi YIG/metallo per metalli diversi. I calcoli del miglioramento della corrente di spin e della conduttanza di miscelazione dello spin hanno fornito un accordo qualitativo con le osservazioni sperimentali.