Dispositivos que tiram vantagem das correntes de spin devido às suas propriedades eletrônicas especiais são feitos de várias camadas de materiais. Para as medições nesta pesquisa, um dispositivo era composto de granada ítrio-ferro (YIG) e um metal normal separado por uma camada isolante antiferromagnética (AF - um material cujos momentos magnéticos são cancelados). (O dissipador de calor e o aquecedor permitiram um gradiente de temperatura (T) para a geração de corrente de spin). A introdução da camada isolante AF amplifica a corrente de spin (curva azul na figura à direita) em comparação com a interface metal-YIG (curva vermelha) em até um fator de 10. Na ausência do substrato ferromagnético YIG, a corrente de spin desaparece (linha preta). Os dados na figura eram para uma camada de metal de platina (Pt); os dados correlacionam o campo aplicado (H) com a tensão Hall de spin inverso medida (V). Crédito:Departamento de Energia dos EUA
Um elétron carrega carga elétrica e spin que dá origem a um momento magnético e pode, portanto, interagir com campos magnéticos externos. A eletrônica convencional é baseada na carga do elétron. O campo emergente da spintrônica visa explorar o spin do elétron. Usar spins como unidades elementares em computação e eletrônica altamente eficiente é o objetivo final da ciência spintrônica por causa do uso mínimo de energia da spintrônica. Neste estudo, pesquisadores manipularam e amplificaram a corrente de spin por meio do projeto das estruturas em camadas, um passo vital em direção a este objetivo.
Para telefones celulares, computadores, e outros dispositivos eletrônicos, uma grande deficiência é a geração de calor quando os elétrons se movem nos circuitos eletrônicos. A perda de energia reduz significativamente a eficiência do dispositivo. Em última análise, o calor limita o empacotamento de componentes em micro-chips de alta densidade. A promessa da Spintrônica é eliminar essa perda de energia. Ele faz isso apenas movendo o spin do elétron, sem mover os elétrons. O uso de estratégias de design, como as identificadas por esta pesquisa, pode resultar em spintrônica altamente eficiente em termos de energia para substituir a eletrônica de hoje.
Um obstáculo importante para a realização da spintrônica é a amplificação de pequenos sinais de spin. Na eletrônica convencional, a amplificação de uma corrente de elétrons é obtida por meio de transistores. Recentemente, pesquisadores da Universidade Johns Hopkins demonstraram que pequenas correntes de spin podem ser amplificadas pela inserção de filmes finos de materiais isolantes antiferromagnéticos (materiais nos quais os momentos magnéticos são cancelados) nas estruturas em camadas, efetivamente produzindo um transistor de spin. Os cientistas usaram filmes finos de isoladores antiferromagnéticos, como óxido de níquel e cobalto, imprensado entre isolador ferrimagnético ítrio-ferro granada (YIG) e filmes de metal normais. Com tais dispositivos, eles mostraram que a corrente pura de spin injetada termicamente do YIG no metal pode ser amplificada em até dez vezes pelo filme isolante antiferromagnético. Os pesquisadores descobriram que a flutuação do spin da camada isolante antiferromagnética aumenta a corrente de spin. Eles também descobriram que a amplificação é linearmente proporcional à condutância da mistura de spin do metal normal e do YIG. Os experimentos demonstraram esse efeito para vários metais. Avançar, o estudo mostrou que a amplificação da corrente de spin é proporcional à condutância da mistura de spin dos sistemas YIG / metal para metais diferentes. Os cálculos do aumento da corrente de spin e da condutância da mistura de spin forneceram concordância qualitativa com as observações experimentais.
