Spintronica is een vakgebied dat enorme aandacht trekt vanwege de vele potentiële voordelen voor conventionele elektronica. Deze omvatten het verminderen van het energieverbruik, snelle werking, niet-vluchtigheid en het potentieel voor nieuwe functionaliteiten.
Spintronica maakt gebruik van de intrinsieke spin van elektronen, en fundamenteel voor het veld is het controleren van de stromen van de spinvrijheidsgraad, dat wil zeggen spinstromen. Wetenschappers zijn gefocust op manieren om deze te creëren, te verwijderen en te controleren voor toekomstige toepassingen.
Het detecteren van spinstromen is geen eenvoudige opgave. Het vereist het gebruik van macroscopische spanningsmetingen, waarbij wordt gekeken naar de algehele spanningsveranderingen over een materiaal. Een veelvoorkomend struikelblok is echter een gebrek aan inzicht in hoe deze spinstroom zich feitelijk in het materiaal zelf beweegt of voortplant.
Een team van onderzoekers rapporteert nu een methode om te voorspellen hoe de spinstroom verandert met de temperatuur. Het onderzoek is gepubliceerd in Applied Physics Letters.
“Met behulp van neutronenverstrooiing en spanningsmetingen hebben we aangetoond dat de magnetische eigenschappen van het materiaal kunnen voorspellen hoe een spinstroom verandert met de temperatuur”, zegt Yusuke Nambu, co-auteur van het artikel en universitair hoofddocent aan het Institute for Materials Research van Tohoku University. IMR).
Nambu en zijn collega's ontdekten dat het spinstroomsignaal van richting verandert bij een specifieke magnetische temperatuur en afneemt bij lage temperaturen. Bovendien ontdekten ze dat de spinrichting, of magnonpolarisatie, zowel boven als onder deze kritische magnetische temperatuur omslaat. Deze verandering in de magnonpolarisatie correleert met de omkering van de spinstroom, waardoor licht wordt geworpen op de voortplantingsrichting ervan.
Bovendien vertoonde het bestudeerde materiaal magnetisch gedrag met verschillende spleetenergieën. Dit suggereert dat onder de temperatuur die verband houdt met deze gap-energie, spinstroomdragers afwezig zijn, wat leidt tot de waargenomen afname van het spinstroomsignaal bij lagere temperaturen. Opmerkelijk is dat de temperatuurafhankelijkheid van de spinstroom een exponentieel verval volgt, wat de resultaten van de neutronenverstrooiing weerspiegelt.
Nambu benadrukt dat hun bevindingen het belang onderstrepen van het begrijpen van microscopische details in spintronica-onderzoek. "Door het magnetische gedrag en hun temperatuurvariaties te verduidelijken, kunnen we een uitgebreid inzicht krijgen in spinstromen in isolatiemagneten, waardoor de weg wordt vrijgemaakt voor het nauwkeuriger voorspellen van spinstromen en mogelijk geavanceerde materialen met verbeterde prestaties kunnen ontwikkelen."