Il flusso di carica elettrica è al centro dei circuiti elettronici. Però, gli elettroni hanno anche spin, e i flussi di spin degli elettroni giocano un ruolo vitale nei circuiti spintronici. Questi potrebbero essere essenziali per le nostre future tecnologie informatiche. Un problema attuale con i materiali spintronici tradizionali come i materiali magnetici è che sono suscettibili ai campi elettromagnetici, che potrebbe disturbare i flussi di spin. Perciò, i materiali non magnetici resistenti a questi campi sono un'alternativa interessante. Rembert Duine dell'Università di Tecnologia di Eindhoven e dell'Università di Utrecht, insieme ad Andreas Rückriegel dell'Università di Utrecht, hanno sviluppato una nuova teoria per studiare il trasporto di spin nei materiali non magnetici. Questa teoria può aiutare nella progettazione e nello sviluppo di nuovi materiali per future applicazioni spintroniche.

Dagli anni '90, spintronics è stata in prima linea nello sviluppo di tecnologie che vanno dai dischi rigidi agli smartphone. I circuiti elettronici utilizzano la carica degli elettroni per elaborare le informazioni in cui la carica potrebbe rappresentare uno e l'assenza di carica rappresenta uno zero. I circuiti spintronici utilizzano lo spin degli elettroni per trasportare le informazioni e lo spin può essere "su" o "giù". Nella spintronica, questi due stati di spin rappresentano uno e zero. Questi spin generano minuscoli campi magnetici e quando esposti a un campo magnetico, gli spin possono essere forzati ad allinearsi in una direzione. L'allineamento di questi spin nel materiale è assistito da onde di spin, altrimenti noto come magnon.

Tipicamente, i circuiti spintronici sono basati su isolanti magnetici che non conducono carica elettrica ma possono trasportare spin. Però, i campi elettromagnetici possono disturbare l'orientamento dello spin e portare a instabilità. D'altra parte, i materiali non magnetici non sono influenzati dai campi elettromagnetici, il che significa che possono trasferire in modo affidabile le informazioni di rotazione. Piuttosto che magnon, le informazioni di spin possono essere trasmesse in materiali non magnetici utilizzando fononi, che sono quasiparticelle coinvolte nella trasmissione delle onde vibrazionali attraverso i materiali. Rembert Duine, professore presso il Dipartimento di Fisica Applicata (TU/e) e presso l'Università di Utrecht, insieme ad Andreas Rückriegel dell'Università di Utrecht hanno sviluppato una nuova teoria per studiare la propagazione dello spin tramite fononi attraverso materiali non magnetici.

Dettagli del modello

Nel loro nuovo modello, Duine e Rückriegel inseriscono un materiale non magnetico tra due materiali magnetici. Una corrente di spin trasportata dai magnon viene generata in materiale magnetico a sinistra del materiale non magnetico. Quando la corrente di spin raggiunge l'interfaccia, interagisce con gli spin nel materiale non magnetico portando a una corrente di spin regolata dai fononi attraverso il materiale non magnetico. Quando la corrente fononica raggiunge il secondo materiale non magnetico/interfaccia magnetica, la corrente di spin fononico innesca una corrente magnonica nel materiale magnetico a destra.

"Il modello mostra che le interazioni tra gli spin negli isolanti magnetici e i fononi nel materiale non magnetico facilitano una corrente di spin tra i magneti che si muove attraverso l'isolante non magnetico che separa i magneti", dice Duine. È importante sottolineare che la corrente di spin del fonone risultante consente il trasferimento di spin da un magnete all'altro su distanze della scala millimetrica. "Il nostro modello è solo il primo passo. Questo deve essere verificato sperimentalmente, ma questo potrebbe avere implicazioni pratiche per i dispositivi spintronici azionati elettricamente in futuro", aggiunge Duine.

Questo lavoro è pubblicato in Lettere di revisione fisica ( PRL ) e presenti in "Physics"—l'online, rivista gratuita dell'American Physical Society.