Слева: антиферромагнетик может функционировать как «параллельные электрические цепи», несущие спиновые токи Нееля. Справа: Туннельный переход на основе антиферромагнетиков, несущих спиновые токи Нееля, можно рассматривать как «электрическую цепь» с двумя ферромагнитными туннельными переходами, соединенными параллельно. Кредит: Шао Динфу

Спинтроника — это бурно развивающаяся область, использующая вращение электронов в магнитных материалах для кодирования информации. Спин-поляризованные электрические токи играют центральную роль в спинтронике из-за возможностей манипулирования и обнаружения направлений магнитного момента для записи и чтения единиц и нулей. В настоящее время большинство устройств спинтроники основано на ферромагнетиках, где результирующие намагниченности могут эффективно вращать поляризовать электрические токи.

Антиферромагнетики с поочередно выровненными противоположными магнитными моментами менее изучены, но могут обещать еще более быстрые и компактные устройства спинтроники. Однако антиферромагнетики имеют нулевую суммарную намагниченность, и поэтому обычно считается, что они несут исключительно спин-нейтральные токи, бесполезные для спинтроники. Хотя антиферромагнетики состоят из двух антипараллельно ориентированных магнитных подрешеток, их свойства считаются «усредненными» по подрешеткам, что делает их независимыми от спина.

Профессор Шао Дин-Фу, возглавлявший группу, придерживается другой точки зрения на это исследование. Он предположил, что коллинеарные антиферромагнетики могут функционировать как «электрические цепи» с двумя параллельно соединенными магнитными подрешетками. Имея в виду эту простую интуитивную картину, профессор Шао и его сотрудники теоретически предсказали, что магнитные подрешетки могут поляризовать электрический ток локально, что приводит к ступенчатым спиновым токам, скрытым внутри общего спин-нейтрального тока.

Он назвал эти ступенчатые спиновые токи «спиновыми токами Нееля» в честь Луи Нееля, лауреата Нобелевской премии, получившего премию за фундаментальную работу и открытия, касающиеся антиферромагнетизма.

Спиновые токи Нееля — это уникальная природа антиферромагнетиков, которая никогда не была обнаружена. Он способен генерировать полезные спин-зависимые свойства, которые ранее считались несовместимыми с антиферромагнетиками, такие как момент передачи спина и туннельное магнитосопротивление в антиферромагнитных туннельных переходах, что имеет решающее значение для электрической записи и чтения информации в антиферромагнитной спинтронике.

«Наша работа раскрыла ранее неисследованный потенциал антиферромагнетиков и предложила простое решение для достижения эффективного чтения и записи для антиферромагнитной спинтроники», — сказал профессор Шао Дин-Фу.