Uma figura de mérito, definido como a razão do campo crítico HC para a densidade crítica de corrente JC para manipular a estrutura magnética, em função da espessura da camada magnética para o antiferroímã não colinear (NC-AFM) como visto neste estudo. Também é mostrado aqui um ferromagneto colinear (C-Ferro) e um ferromagneto colinear (C-Ferri) previamente estudados. Crédito:S.Fukami
Pesquisadores da Tohoku University e da Japan Atomic Energy Agency (JAEA) descobriram um novo fenômeno spintrônico - uma rotação persistente da estrutura de spin quiral.
Sua descoberta foi publicada no jornal Materiais da Natureza em 13 de maio, 2021.
Os pesquisadores da Tohoku University e do JAEA estudaram a resposta da estrutura de spin quiral de um antiferromagneto não colinear Mn 3 Sn filme fino para injeção de spin de elétrons e descobriu que a estrutura quiral-spin mostra rotação persistente no campo magnético zero. Além disso, sua frequência pode ser ajustada pela corrente aplicada.
"O controle elétrico da estrutura magnética tem sido de interesse primordial na comunidade spintrônica durante o último quarto de século. O fenômeno mostrado aqui fornece um esquema muito eficiente para manipular estruturas magnéticas, oferecendo novas oportunidades de aplicação, como osciladores, geradores de números aleatórios, e memória não volátil, "disse o professor Shunsuke Fukami, que liderou o projeto.
A Figura 1 compara a eficiência da manipulação da estrutura magnética em um antiferroímã não colinear, como visto no presente trabalho, com aqueles relatados para outros sistemas de materiais. A rotação de spin quiral induzida pela corrente é muito mais eficiente, mesmo para camadas magnéticas espessas acima de 20 nm.
Os esquemas da rotação de spin quiral, bem como a configuração experimental são mostrados na figura 2.
Um esquema de experimento e rotação persistente de spin quiral encontrado neste estudo. Crédito:S.Fukami
Os pesquisadores usaram uma heteroestrutura de alta qualidade que consiste em antiferromagneto não colinear Mn 3 Sn imprensado entre metais pesados W / Ta e Pt. Eles revelaram que, quando uma corrente é aplicada à heteroestrutura, a estrutura quiral-spin gira persistentemente no campo magnético zero por causa do torque originado da corrente de spin gerada nos metais pesados. Enquanto isso, a frequência de rotação, normalmente acima de 1 GHz, depende da corrente aplicada.
Spintrônica é um campo interdisciplinar, onde graus elétricos e magnéticos de liberdade de elétrons são utilizados simultaneamente, permitindo uma manipulação elétrica da estrutura magnética. Os esquemas representativos estabelecidos até agora estão resumidos na figura 3.
Comutação de magnetização, transição de fase magnética, oscilação, e ressonância foram observadas em ferromagnetos, que são promissores, pois podem levar à realização de dispositivos funcionais na memória não volátil, comunicação sem fio, e assim por diante.
Exemplos representativos de controle elétrico do magnetismo. Crédito:S.Fukami
Adicionalmente, em antiferromagnetos, a rotação de 90 graus do vetor Néel em sistemas colineares e a troca de 180 graus de estruturas de spin quirais em sistemas não colineares foram observados recentemente. A rotação persistente de spin quiral no presente trabalho é totalmente diferente de todos os fenômenos encontrados anteriormente e, portanto, deve abrir um novo horizonte para a pesquisa em spintrônica.
"O insight obtido não é apenas interessante em termos de física e ciência dos materiais, mas também atraente para aplicações de dispositivos funcionais, "acrescentou o Dr. Yutaro Takeuchi, o primeiro autor do artigo. "Gostaríamos de melhorar ainda mais o material e a técnica do dispositivo em um futuro próximo e demonstrar novos dispositivos funcionais, como oscilador sintonizável e gerador de números aleatórios verdadeiros de alta qualidade."
