Исследовательская группа из Университета штата Колорадо и Университета Джонса Хопкинса совершила прорыв в области физики твердого тела, обнаружив новый вид эффекта Холла в нелинейных антиферромагнетиках. Команда ученых под руководством аспиранта Люка Вернерта и доцента Хуа Чена из Колорадского университета, в сотрудничестве с аспирантом Бастианом Праденасом и профессором Олегом Чернышевым из Университета Джонса Хопкинса, опубликовала результаты своего исследования в престижном журнале Physical Review Letters.
Эффект Холла, впервые обнаруженный Эдвином Холлом в Университете Джонса Хопкинса в 1879 году, описывает явление, при котором электрический ток течет в поперечном направлении под воздействием внешнего магнитного поля. Это физическое явление нашло широкое применение в современных технологиях, включая датчики скорости транспортных средств и детекторы движения в мобильных телефонах. Однако новое открытие фокусируется не на электрическом заряде, как в классическом эффекте Холла, а на спине электрона, что открывает новые перспективы для развития электроники.
Нелинейные антиферромагнетики представляют собой особый класс магнитных материалов, в которых спины атомов направлены в разные стороны, в отличие от обычных магнитов, где спины выстроены параллельно или антипараллельно. Суммарная намагниченность таких материалов равна нулю, что делает их невосприимчивыми к внешним магнитным полям. Уникальность нелинейных антиферромагнетиков заключается в наличии трех степеней свободы, описывающих ориентацию спинов, что приводит к формированию трех ветвей спиновых волн, две из которых естественным образом распространяются в поперечном направлении.
Исследователи обнаружили новый вид эффекта Холла с так называемой «холловской массой» в этих материалах. Этот эффект может стать основой для создания более энергоэффективных электронных устройств, поскольку спиновые токи производят значительно меньше тепла по сравнению с электрическими токами, что является критическим фактором для современной электроники.
Для экспериментального обнаружения этого явления ученые предложили два метода. Первый заключается в инжекции спиновых волн из обычного ферромагнетика в нелинейный антиферромагнетик с последующим обнаружением накопления спина вдоль краев материала. Второй метод предполагает использование техник рассеяния (нейтронного или рентгеновского) для отслеживания низкоэнергетического спектра спиновых волн.
Потенциальные применения этого открытия в области спинтроники весьма обширны. Спинтроника, или спиновая электроника, использует не только заряд, но и спин электрона для передачи и обработки информации. Устройства на основе спинтроники могут быть значительно более энергоэффективными, поскольку спиновые токи генерируют меньше тепла при передаче информации.
Одним из наиболее перспективных применений является магнитная память с произвольным доступом (MRAM). Устройства хранения данных на основе нелинейных антиферромагнетиков будут более устойчивы к повреждению данных внешними магнитными полями и менее подвержены помехам от блуждающих магнитных полей, что делает их идеальными для использования в условиях, где надежность хранения данных имеет первостепенное значение.
Это открытие представляет собой значительный шаг вперед в понимании фундаментальных свойств магнитных материалов и может проложить путь к созданию нового поколения электронных устройств, которые будут не только более энергоэффективными, но и более надежными в эксплуатации. По мере развития технологий и миниатюризации электронных компонентов, энергоэффективность становится все более важным фактором, и спинтроника на основе нелинейных антиферромагнетиков может предложить решение этой проблемы.
Изображение носит иллюстративный характер
Эффект Холла, впервые обнаруженный Эдвином Холлом в Университете Джонса Хопкинса в 1879 году, описывает явление, при котором электрический ток течет в поперечном направлении под воздействием внешнего магнитного поля. Это физическое явление нашло широкое применение в современных технологиях, включая датчики скорости транспортных средств и детекторы движения в мобильных телефонах. Однако новое открытие фокусируется не на электрическом заряде, как в классическом эффекте Холла, а на спине электрона, что открывает новые перспективы для развития электроники.
Нелинейные антиферромагнетики представляют собой особый класс магнитных материалов, в которых спины атомов направлены в разные стороны, в отличие от обычных магнитов, где спины выстроены параллельно или антипараллельно. Суммарная намагниченность таких материалов равна нулю, что делает их невосприимчивыми к внешним магнитным полям. Уникальность нелинейных антиферромагнетиков заключается в наличии трех степеней свободы, описывающих ориентацию спинов, что приводит к формированию трех ветвей спиновых волн, две из которых естественным образом распространяются в поперечном направлении.
Исследователи обнаружили новый вид эффекта Холла с так называемой «холловской массой» в этих материалах. Этот эффект может стать основой для создания более энергоэффективных электронных устройств, поскольку спиновые токи производят значительно меньше тепла по сравнению с электрическими токами, что является критическим фактором для современной электроники.
Для экспериментального обнаружения этого явления ученые предложили два метода. Первый заключается в инжекции спиновых волн из обычного ферромагнетика в нелинейный антиферромагнетик с последующим обнаружением накопления спина вдоль краев материала. Второй метод предполагает использование техник рассеяния (нейтронного или рентгеновского) для отслеживания низкоэнергетического спектра спиновых волн.
Потенциальные применения этого открытия в области спинтроники весьма обширны. Спинтроника, или спиновая электроника, использует не только заряд, но и спин электрона для передачи и обработки информации. Устройства на основе спинтроники могут быть значительно более энергоэффективными, поскольку спиновые токи генерируют меньше тепла при передаче информации.
Одним из наиболее перспективных применений является магнитная память с произвольным доступом (MRAM). Устройства хранения данных на основе нелинейных антиферромагнетиков будут более устойчивы к повреждению данных внешними магнитными полями и менее подвержены помехам от блуждающих магнитных полей, что делает их идеальными для использования в условиях, где надежность хранения данных имеет первостепенное значение.
Это открытие представляет собой значительный шаг вперед в понимании фундаментальных свойств магнитных материалов и может проложить путь к созданию нового поколения электронных устройств, которые будут не только более энергоэффективными, но и более надежными в эксплуатации. По мере развития технологий и миниатюризации электронных компонентов, энергоэффективность становится все более важным фактором, и спинтроника на основе нелинейных антиферромагнетиков может предложить решение этой проблемы.
