(a) Diagrama esquemático e (b) Confirmação experimental do efeito MTT. (a) A corrente de spin em Pt é transformada como corrente magnon em NiO e, em seguida, transfere os momentos angulares de spin para Y 3 Fe 5 O 12 (YIG). (b) Resistência Hall anômala em função da corrente aplicada em diferentes campos aplicados. Os loops de comutação de magnetização são observados com direções de comutação opostas em campos opostos. (Imagem por IOP)
O torque de rotação fornece meios elétricos convenientes para controlar eficientemente as magnetizações. Geralmente pode ser produzida por corrente polarizada por spin ou corrente de spin pura via efeito Hall de spin. O primeiro e o último são chamados de torque de transferência de rotação (STT) e torque de órbita de rotação (SOT), respectivamente. Utilizando essas ferramentas, pessoas desenvolveram a segunda geração STT-MRAM (Memória de Acesso Aleatório Magnético) com anisotropia magnética no plano, a terceira geração STT-MRAM com anisotropia magnética perpendicular e a quarta geração SOT-MRAM entre outros dispositivos e chips spintrônicos. Além disso, chips STT-MRAM perpendiculares foram demonstrados e próximos a aplicações em grande escala.
Excitações coletivas em sistemas ordenados de spin ou ondas de spin ou magnons têm demonstrado transmitir o momento angular de spin a uma longa distância apenas pelo acoplamento adjacente entre spins locais sem fluxo de elétrons carregados, lançando luz sobre uma versão sem aquecimento Joule da microeletrônica. Espera-se, portanto, que os magnons sirvam como um portador de ideias para a transmissão, armazenamento, e processamento de informações de spin.
Antes disso, torna-se uma questão aberta e de fronteira para a magnônica e a spintrônica se os magnons podem transferir o torque de spin ou não além da corrente de spin pura. A resposta a esta pergunta determina a possibilidade de desenvolver maneiras magnônicas puras para controlar as magnetizações. Embora o efeito do torque de transferência do magneto (MTT) tenha sido estudado teoricamente, sua confirmação precisa em experimentos ainda é um desafio.
Dr. Guo Chenyang, O Prof. Associado WAN Caihua e o Prof. HAN Xiufeng etc. no grupo M02 do Instituto de Física da Academia Chinesa de Ciências projetaram recentemente uma heteroestrutura magnética isolante Y 3 Fe 5 O 12 / NiO / Pt com anisotropia magnética perpendicular (PMA) em que o efeito MTT foi inequivocamente confirmado pelo fenômeno de comutação de magnetização conduzido por corrente.
Nesta estrutura, a platina como um metal pesado com forte acoplamento de órbita de spin é responsável pela produção de corrente de spin pura através da aplicação de uma corrente através dela. Como isolante antiferromagnético, NiO é usado para converter a corrente de spin eletrônica em corrente de spin magnônica (corrente magnon). O isolante Y 3 Fe 5 O 12 (YIG) com PMA é aplicado como um dissipador de magnon. Uma vez que o MTT existe, a magnetização de YIG pode ser inclinada ou comutada pela corrente magnon.
Como isolantes, YIG e NiO podem impedir com segurança a entrada de corrente eletrônica neles, portanto, quaisquer influências da corrente de spin eletrônica podem ser eliminadas. Ao mesmo tempo, perpendicular YIG não pode ser comutado deterministicamente por um campo de Oersted no plano, o que pode descartar totalmente a possibilidade do mecanismo de Oersted. Portanto, somente a corrente magnônica através do NiO antiferromagnético tem capacidade de exercer torque sobre YIG e provoca sua comutação de magnetização.
Esta observação, portanto, verifica sem ambigüidade o efeito do MTT. De acordo com as características de comutação de magnetização induzida por SOT, se o campo aplicado no plano for revertido, a direção de comutação SOT também deve ser invertida. Este recurso pode ser uma indicação adicional para o efeito MTT.
Portanto, este trabalho estabelece claramente o cenário físico para o efeito do torque de transferência do magneto, e mostra que o MTT é útil como uma ferramenta para controlar a magnetização de isoladores magnéticos, que pode promover o desenvolvimento de memória magnon pura e dispositivos lógicos.
O trabalho relacionado foi publicado em Revisão Física B intitulado "Alternando magnetização perpendicular de um isolador magnético por torque de transferência de magnon."
