18.03.2010
На рис: Спиновая волна может переносить спин через изолятор (Courtesy: Nature).
Японским физикам впервые удалось показать, как спиновые волны переносят электрический сигнал в изоляторе на расстояние в один миллиметр. Новую технологию, которая позволяет преобразовывать электрический ток в спиновой сигнал и обратно, можно будет использовать в приборах спинтроники, где используют свойства и заряда, и спина электрона. Такие устройства будут более эффективными и компактными по сравнению с современными электронными приборами.
Электрическая проводимость в изоляторах отсутствует, но кроме заряда у электрона есть спин, коллективные движения которого могут распространяться в некоторых изоляторах, а также переносить сигнал. Это движение, которое называют спиновой волной, обычно запускается с помощью магнитного поля.
Японские ученые (Tohoku University, Keio University, the FDK Corporation) во главе с Эйдзи Сато (Eiji Saitoh) использовали брусок из магнитного диэлектрика Y3Fe5O12 толщиной в 1.3 микрометра и осадили на него платиновые пленки-электроды в 15 нанометров с зазором в один миллиметр. При пропускании электрического тока через одну из пленок, срабатывает спиновой эффект Холла, и электроны со спином, направленным вверх, собирались на пленке в месте соединения с диэлектриком, а со спином вниз – на другом конце пленки. Спины собравшихся на границе раздела электронов заставляют «выстраиваться спины соседних электронов в диэлектрике» и так далее, и по изолятору начинает распространяться своего рода спиновая волна.
Таким образом, говорят ученые, мы показываем, как спиновой эффект Холла «превращает» электрический сигнал в спиновую волну в изоляторе, перенося момент импульса спина между магнитным диэлектриком Y3Fe5O12 и платиновой пленкой. Кроме того, при таком переносе в системе Pt/Y3Fe5O12/Pt электрический ток в одной платиновой пленке наводит электрическое напряжение на другой пленке, расположенной на некотором расстоянии. Это явление можно запускать или останавливать с помощью магнитного поля.
Сато считает, что прибор , работающий по такому принципу, можно было бы использовать дли создания «спинового кабеля», который в будущем может заменить обычные провода в электронных схемах. Сейчас ученые пытаются оптимизировать дизайн устройства, чтобы использовать другие комбинации материалов.
Transmission of electrical signals by spin-wave interconversion in a magnetic insulator. Y. Kajiwara, K. Harii, S. Takahashi, J. Ohe, K. Uchida, M. Mizuguchi, H. Umezawa, H. Kawai, K. Ando, K. Takanashi, S. Maekawa & E. Saitoh. Nature 464, 262-266 (11 March 2010) | doi:10.1038/nature08876.
