(a) Illustrazione schematica della configurazione Seebeck di spin fuori piano per YIG/Cr 2 oh 3 /Pt dispositivo a tre strati. Credito:Nature Publishing Group
I ricercatori della Tohoku University in Giappone hanno scoperto un interruttore per controllare la corrente di spin, un meccanismo necessario per l'elaborazione delle informazioni con dispositivi basati su spin completi.
Ciò è significativo perché, sebbene la tecnologia alla base del rilevamento e della generazione della corrente di spin sia stata stabilita da tempo, un componente mancante da tempo nella storia della spintronica è stato un "interruttore di corrente di spin". È l'equivalente del transistor utilizzato in elettronica per abilitare e disabilitare il flusso di elettricità.
La spintronica è un campo emergente dell'elettronica su nanoscala che utilizza non solo la carica degli elettroni ma anche lo spin degli elettroni. La tecnologia non richiede un materiale semiconduttore specializzato con conseguente riduzione dei costi di produzione.
Altri vantaggi includono un minor fabbisogno energetico, così come basso consumo energetico con trasferimento dati competitivo e capacità di archiviazione. È stato utilizzato in una varietà di dispositivi per l'elaborazione delle informazioni, memoria e archiviazione, in particolare, dischi rigidi ad altissima densità e memorie non volatili.
I materiali hanno meccanismi incorporati per consentire il rilevamento elettrico della corrente di spin, come l'effetto hall di spin inverso (ISHE). Usando l'ISHE, la corrente di spin generata da altre forme di energia come le microonde (spin pumping) e il calore (effetto spin Seebeck) viene trasformata in tensione elettrica nel materiale.
(b.) Un'immagine TEM in sezione trasversale del dispositivo a tre strati YIG/Cr2O3 /Pt utilizzato in questo lavoro. Barra della scala, 5 nm. Ciascuno degli strati crea una struttura cristallina pura. Credito:Nature Publishing Group
Ora, Zhiyong Qiu, Dazi Hou, Eiji Saitoh, e collaboratori presso le Università di Tohoku e Mainz, hanno dimostrato che una struttura stratificata di materiali di nuova concezione funziona come un interruttore della corrente di spin. Utilizzando la struttura, sono stati in grado di controllare la trasmissione della corrente di spin con un aumento del 500% a temperatura quasi ambiente.
La struttura a tre strati sandwich Cr 2 oh 3 tra ittrio ferro granato (YIG) e platino (Pt). La coppia YIG/Pt è una combinazione standard di materiali utilizzati per studiare il flusso di corrente di spin:entrambi sono isolanti in cui gli elettroni non possono fluire. YIG, un isolante elettrico ferrimagnet, genera corrente di spin in risposta a microonde RF o gradiente di temperatura e Pt, un metallo paramagnetico, rileva la corrente di spin come tensione elettrica tramite ISHE.
Posizionando Cr 2 oh 3 tra i materiali, il segnale di tensione a Pt riflette quanto il Cr 2 oh 3 strato può trasmettere la corrente di spin. I ricercatori hanno studiato la variazione della tensione rispetto alla temperatura e al campo magnetico applicato.
"Abbiamo osservato una massiccia riduzione del segnale di tensione quando si attraversa la temperatura a circa 300K, a quel punto Cr 2 oh 3 cambia fase da paramagnete ad antiferromagnete (punto di Neel), " ha affermato l'assistente professore Dazhi Hou. Il cambiamento della trasmissione della corrente di spin è un aumento vicino al 500% sotto l'applicazione di un campo magnetico. Questo comportamento suggerisce che la struttura a strati funziona come un interruttore della corrente di spin quando attraversa il punto di Neel di Cr 2 oh 3 o applicando un campo magnetico.
"Proprio come il transistor ha rivoluzionato l'elettronica consentendo lo sviluppo scalabile di dispositivi elettronici, la scoperta di un interruttore di corrente di spin porterà probabilmente la spintronica in una nuova direzione, " ha detto il professor Eiji Saitoh. "È uno sviluppo significativo."
