Spintronik ist ein Bereich, der aufgrund seiner vielfältigen potenziellen Vorteile für die konventionelle Elektronik große Aufmerksamkeit erregt. Dazu gehören die Reduzierung des Stromverbrauchs, Hochgeschwindigkeitsbetrieb, Nichtflüchtigkeit und das Potenzial für neue Funktionalitäten.
Die Spintronik nutzt den intrinsischen Spin von Elektronen aus, und von grundlegender Bedeutung für dieses Gebiet ist die Steuerung der Flüsse des Spin-Freiheitsgrads, also der Spinströme. Wissenschaftler konzentrieren sich auf Möglichkeiten, sie für zukünftige Anwendungen zu erzeugen, zu entfernen und zu kontrollieren.
Spinströme zu erkennen ist keine leichte Aufgabe. Dazu ist eine makroskopische Spannungsmessung erforderlich, bei der die gesamten Spannungsänderungen über einem Material betrachtet werden. Ein häufiger Stolperstein war jedoch das mangelnde Verständnis darüber, wie sich dieser Spinstrom tatsächlich im Material selbst bewegt oder ausbreitet.
Ein Forscherteam stellt nun eine Methode vor, um vorherzusagen, wie sich der Spinstrom mit der Temperatur ändert. Die Studie ist veröffentlicht in Applied Physics Letters.
„Durch Neutronenstreuung und Spannungsmessungen haben wir gezeigt, dass die magnetischen Eigenschaften des Materials vorhersagen können, wie sich ein Spinstrom mit der Temperatur ändert“, sagt Yusuke Nambu, Co-Autor der Arbeit und außerordentlicher Professor am Institut für Materialforschung der Universität Tohoku ( IMR).
Nambu und seine Kollegen entdeckten, dass das Spinstromsignal bei einer bestimmten magnetischen Temperatur seine Richtung ändert und bei niedrigen Temperaturen abnimmt. Darüber hinaus fanden sie heraus, dass die Spinrichtung bzw. Magnonenpolarisation sowohl oberhalb als auch unterhalb dieser kritischen magnetischen Temperatur umkehrt. Diese Änderung der Magnonenpolarisation korreliert mit der Umkehr des Spinstroms und gibt Aufschluss über seine Ausbreitungsrichtung.
Darüber hinaus zeigte das untersuchte Material magnetisches Verhalten mit unterschiedlichen Lückenenergien. Dies deutet darauf hin, dass unterhalb der mit dieser Lückenenergie verbundenen Temperatur keine Spinstromträger vorhanden sind, was zu der beobachteten Abnahme des Spinstromsignals bei niedrigeren Temperaturen führt. Bemerkenswerterweise folgt die Temperaturabhängigkeit des Spinstroms einem exponentiellen Abfall, der die Ergebnisse der Neutronenstreuung widerspiegelt.
Nambu betont, dass ihre Ergebnisse die Bedeutung des Verständnisses mikroskopischer Details in der Spintronikforschung unterstreichen. „Durch die Aufklärung des magnetischen Verhaltens und ihrer Temperaturschwankungen können wir ein umfassendes Verständnis der Spinströme in isolierenden Magneten erlangen und so den Weg für eine genauere Vorhersage von Spinströmen ebnen und möglicherweise fortschrittliche Materialien mit verbesserter Leistung entwickeln.“