Spintronics הוא תחום מבטיח שמטרתו להתעלות על האלקטרוניקה הקונבנציונלית על ידי מינוף הספין הפנימי של האלקטרון, במטרה לשלוט בזרמי ספין לצריכת חשמל מופחתת ופעולות מהירות יותר ולא נדיפות עם פונקציות חדשות. הזיהוי וההבנה של זרמי ספין הם מורכבים, הכוללים מדידות מתח מקרוסקופיות והבנה מעמיקה של תכונות החומר בטמפרטורות שונות. מחקרים אחרונים שופכים אור על האופן שבו ניתן לחזות ולתפעל זרמי ספין בהתבסס על התכונות המגנטיות של חומרים, וחושף את החשיבות של הבנת התנהגויות מגנטיות ושונות טמפרטורה לקידום הספינטרוניקה. קרדיט: twoday.co.il.coim
ההתקדמות האחרונה בספינטרוניקה אפשרה חיזוי ובקרה טובים יותר של זרמי ספין על ידי לימוד התכונות המגנטיות והשפעות הטמפרטורה על חומרים.
Spintronics מושכת עניין משמעותי כחלופה מבטיחה לאלקטרוניקה קונבנציונלית, ומציעה יתרונות פוטנציאליים כמו צריכת חשמל נמוכה יותר, פעולה מהירה יותר, חוסר תנודתיות ואפשרות להציג פונקציות חדשות.
ספינטרוניקה מנצלת את הספין הפנימי של אלקטרונים, והבסיס לתחום הוא שליטה בזרימות של דרגת הספין של חופש, כלומר, זרמי ספין. מדענים בוחנים כל הזמן דרכים ליצור, להסיר ולשלוט בהם עבור יישומים עתידיים.
זיהוי זרמי ספין אינו הישג קל. זה דורש שימוש במדידת מתח מאקרוסקופית, אשר בוחנת את שינויי המתח הכוללים על פני חומר. עם זאת, אבן נגף שכיחה הייתה חוסר הבנה כיצד זרם הספין הזה למעשה נע או מתפשט בתוך החומר עצמו.
תלות בטמפרטורה של אות זרם הספין וקיטוב מגנון מעל ומתחת לטמפרטורת הפיצוי המגנטי. קרדיט: יוסוקה נאמבו
"באמצעות פיזור נויטרונים ומדידות מתח, הוכחנו שהתכונות המגנטיות של החומר יכולות לחזות כיצד זרם ספין משתנה עם הטמפרטורה", מציין יוסוקה נמבו, מחבר המאמר ופרופסור חבר במכון לחקר חומרים באוניברסיטת טוהוקו. (IMR)."
תצפיות על קיטוב מגנון
נאמבו ועמיתיו גילו שאות זרם הספין משנה כיוון בטמפרטורה מגנטית מסוימת ויורד בטמפרטורות נמוכות. בנוסף, הם גילו שכיוון הספין, או קיטוב המגנון, מתהפך מעל ומתחת לטמפרטורה מגנטית קריטית זו. שינוי זה בקיטוב המגנון מתאם להיפוך של זרם הספין, ושופך אור על כיוון ההתפשטות שלו.
יתר על כן, החומר שנחקר הציג התנהגויות מגנטיות עם אנרגיות פער ברורות. זה מצביע על כך שמתחת לטמפרטורה המקושרת לאנרגיית הפער הזו, נעדרים נושאי זרם ספין, מה שמוביל לירידה הנצפית באות זרם הספין בטמפרטורות נמוכות יותר. למרבה הפלא, תלות הטמפרטורה של זרם הספין באה בעקבות דעיכה אקספוננציאלית, המשקפת את תוצאות פיזור הנייטרונים.
Nambu מדגיש כי הממצאים שלהם מדגישים את המשמעות של הבנת פרטים מיקרוסקופיים במחקר ספינטרוניקה. "על ידי הבהרת ההתנהגויות המגנטיות ושונות הטמפרטורה שלהן, נוכל לקבל הבנה מקיפה של זרמי ספין במגנטים מבודדים, ולסלול את הדרך לחיזוי זרמי ספין בצורה מדויקת יותר ואפשר לפתח חומרים מתקדמים עם ביצועים משופרים."
