«В нашем исследовании мы используем тот факт, что тепловой ток, проходящий через магнитный материал, создает разделение электронных спинов. Этот процесс создает ток магнитных диполей, который мы используем для управления ориентацией второго магнитного слоя », — сказал Дэвид Кэхилл, Дональд Б. Уиллетт, профессор инженерии и глава департамента материаловедения и инженерии в Иллинойсе. "Физика разделения спинов тепловыми токами связана с работой термопар и термоэлектрических генераторов, питающих космические зонды. В этих термоэлектрических устройствах тепловой ток вызывает разделение электрических зарядов.
Это разделение электрического заряда затем можно использовать для измерения температуры или подачи электроэнергии."
«Мы используем спиновой ток, создаваемый сверхбыстрой теплопроводностью, для создания крутящего момента, передающего спин. «Момент передачи спина — это передача спинового углового момента от электронов проводимости к намагничиванию ферромагнетика, которая позволяет манипулировать наномагнетиками с помощью спиновых токов, а не магнитных полей», — пояснил Гюнг-Мин Чой, недавно получивший докторскую степень в области материаловедения и инженерия в Иллинойсе. «Передача вращающего момента часто реализуется путем пропускания электрического тока через магнитные слои. В нашей статье мы показали, как крутящий момент передачи спина может быть создан интенсивным тепловым потоком."
Чой является ведущим автором статьи "Тепловой спиновый перенос крутящего момента, обусловленного спин-зависимым эффектом Зеебека в металлических спиновых клапанах", опубликованной в журнале Nature Physics. (Термин «эффект Зеебека» относится к термоэлектрическому явлению, при котором разница температур между двумя разнородными материалами в цепи создает напряжение. Зависящий от спина эффект Зеебека относится к аналогичному явлению со спином электронов в ферромагнетике.)
«Мы количественно оцениваем крутящий момент тепловой передачи спина в металлических структурах спиновых клапанов, используя интенсивный и сверхбыстрый тепловой ток, создаваемый пикосекундными — одной триллионной секунды — импульсами лазерного света», — добавил Кэхилл. «Этот тепловой ток имеет впечатляюще большую величину — 100 ГВт на квадратный метр и сохраняется примерно 50 триллионных долей секунды. Знак и величину теплового спинового тока можно регулировать составом ферромагнитного слоя и толщиной слоя теплоотвода."
Исследовательская группа Кэхилла в Иллинойсе изучает физические механизмы, управляющие взаимодействием спина и тепла на наноуровне, обращаясь к фундаментальным ограничениям сверхбыстрых устройств спинтроники для хранения данных и обработки информации. Помимо Чоя и Кэхилла, чья работа была поддержана программой MURI Управления армейских исследований, соавторами статьи являются Бюунг-Чул Мин, Центр исследований спинтроники, Корейский институт науки и технологий, Сеул; и Кюнг-Джин Ли, Департамент материаловедения и инженерии, а также Высшая школа конвергенции науки и технологий KU-KIST, Корейский университет, Сеул.