I ricercatori della New York University e dell'IBM Research hanno dimostrato un nuovo meccanismo che coinvolge il movimento degli elettroni nei materiali magnetici che indica nuovi modi per migliorare potenzialmente l'archiviazione dei dati. Il lavoro, riportato sul giornale Lettere di revisione fisica , svela un processo per impostare la direzione delle informazioni magnetiche, o girare, basato su una corrente elettrica.

La scoperta nasce dal campo scientifico della spintronica, che considera la materia condensata e la fisica quantistica. Spintronics è l'abbreviazione di elettronica, o dispositivi elettrici, che utilizzano lo spin dell'elettrone oltre alla sua carica elettrica.

"Uno dei principali obiettivi della ricerca spintronica è controllare la direzione dello spin degli elettroni nei materiali, " spiega Andrew Kent, un professore del Dipartimento di Fisica della New York University e uno degli autori senior del documento. "Questa ricerca mostra un meccanismo nuovo e fondamentale per impostare la direzione dello spin dell'elettrone in un materiale conduttore".

"Questo progresso nella spintronica offre un nuovo modo per esercitare coppie su uno strato magnetico, " aggiunge il coautore senior Jonathan Sun di IBM Research e visiting scholar presso la NYU. "È un progresso promettente che ha il potenziale per ridurre i requisiti di energia e spazio per l'archiviazione dei dati dei dispositivi".

Il lavoro, condotto con Junwen Xu, uno studente laureato alla New York University, e Christopher Safranski di IBM Research, è l'ultimo esempio di un fenomeno centrale nella trasmissione dell'informazione:l'alterazione da una forma all'altra.

Ad esempio, i telefoni cellulari convertono la voce e le e-mail in onde radio che viaggiano verso le torri dei telefoni cellulari dove i segnali vengono trasformati in segnali elettrici mentre Internet trasforma i segnali elettrici in segnali ottici (cioè, impulsi luminosi) per la trasmissione a lunga distanza.

Nel Lettere di revisione fisica ricerca, Safranski, Sole, Xu, e Kent si sono concentrati sulla dimostrazione di un nuovo meccanismo per il controllo della direzione di rotazione, la direzione che controlla i bit di informazione memorizzati.

Storicamente, è stato dimostrato che il flusso di corrente nei metalli pesanti non magnetici porta alla polarizzazione dello spin, o una direzione del suo momento magnetico netto, sulla superficie del conduttore, un effetto noto come effetto spin Hall. Però, la direzione della polarizzazione di spin nell'effetto Hall di spin è sempre parallela alla superficie del conduttore. Questo limita le sue applicazioni perché fornisce un solo possibile asse di polarizzazione di spin, limitando la densità di stoccaggio.

Nel Lettere di revisione fisica ricerca, gli scienziati hanno utilizzato l'effetto planare-Hall in un conduttore ferromagnetico per controllare l'orientamento dell'asse di polarizzazione di spin.

Nello specifico, hanno dispiegato un conduttore ferromagnetico, ferro, nichel, e il cobalto sono esempi di tali conduttori e ha scoperto che il flusso di corrente nel conduttore può produrre una polarizzazione di spin che si trova in una direzione impostata dal suo momento magnetico. Questo è significativo perché la direzione del momento magnetico può ora essere impostata praticamente in qualsiasi direzione desiderata per poi impostare la polarizzazione di spin, una flessibilità non possibile sotto i contorni dell'effetto Hall di spin nei metalli pesanti non magnetici.

Hanno anche scoperto che questi spin polarizzati viaggiano al di fuori dello strato ferromagnetico e portano a una corrente di spin pura, una corrente di spin senza corrente elettrica associata, in un metallo non magnetico adiacente. Questo fenomeno ha il potenziale per consentire una nuova generazione di dispositivi di memoria a controllo di rotazione per una tecnologia di memoria a densità più elevata e più efficiente.