Аномальный эффект Холла при спинорбитальной и магнитообменной связи в 2D-графеновом спиновом клапане

Графен, особенно в чистом виде, уже давно считается перспективным материалом для разработки устройств спинтроники. Эти устройства используют собственный угловой момент (то есть спин), а не заряд электронов, для передачи и обработки данных. Предлагаемый подход к генерации и обнаружению спинов основан на близости графена к близлежащему материалу, который может изменить его свойства. Однако до сих пор успешное развитие спинтроники с использованием только этого подхода оказалось весьма сложной задачей. Исследователи из CIC nanoGUNE BRTA и других институтов разработали устройство спинтроники, которое использует только эффекты близости, в частности, 2D-спиновый клапан на основе графена. Функционирование этого клапана, представленное в статье, опубликованной в журнале Nature Electronics, зависит только от близости к магниту Ван-дер-Ваальса Cr₂Ge₂Te₆.

Расширение запрещенной зоны по импульсу в фотонных кристаллах времени за счет резонансов

Международная исследовательская группа впервые разработала реалистичные фотонные кристаллы времени — экзотические материалы, которые экспоненциально усиливают свет. Этот прорыв открывает захватывающие возможности в таких областях, как связь, визуализация и зондирование, закладывая основу для более быстрых и компактных лазеров, датчиков и других оптических устройств. Исследование опубликовано в журнале Nature Photonics. В работе учёные предлагают с помощью теоретических моделей и электромагнитного моделирования первый практический подход к созданию "по-настоящему оптических" фотонных кристаллов времени. Используя массив крошечных кремниевых сфер, они предсказывают, что особые условия, необходимые для усиления света, которые ранее были недоступны, наконец-то могут быть достигнуты в лаборатории с использованием известных оптических методов.

Создание и контроль скирмионов при комнатной температуре в 2D материалах

Корейский научно-исследовательский институт стандартов и науки (KRISS) впервые в мире создал и контролировал скирмионы при комнатной температуре в двумерных (2D) материалах. Это достижение снижает энергопотребление по сравнению с традиционными трехмерными (3D) системами, одновременно максимизируя квантовые эффекты, что делает его основной технологией для разработки квантовых компьютеров, работающих при комнатной температуре, и полупроводников с искусственным интеллектом. Исследование опубликовано в журнале Advanced Materials. В эксперименте скирмионы создавались путем приложения очень тонкого напряжения и магнитного поля к поверхности магнита и далее перемещались в нужном направлении с помощью тока. Результаты эксперимента показали, что энергопотребление на управление скирмионами в 2D составило примерно 1/1000 от такового в 3D, а их размер уменьшился более чем в десять раз, что обеспечило значительные преимущества с точки зрения стабильности и скорости.

Обнаружен полностью оптический аналог ядерного магнитного резонанса с квантовыми жидкостями света

Исследователи из Сколтеха, Варшавского университета и Исландского университета продемонстрировали, что оптическими средствами можно возбудить и перемешать экситон-поляритонный конденсат, который излучает линейно поляризованный свет с осью поляризации, следующей за направлением перемешивания. Вращение линейной поляризации излучаемого света соответствует перемешиванию спина поляритона. Скорость такой модуляции во времени может достигать ГГц благодаря сверхбыстрой динамике поляритонной системы. Обнаружено, что эта прецессия происходит только при определенных резонансных условиях внешнего перемешивания и внутренних параметров системы. Работа опубликована в журнале Optica. Экспериментальная работа полностью проводилась в Центре фотоники Сколтеха.

Управляемые монополи орбитального углового момента в хиральных топологических полуметаллах

Благодаря сочетанию надежной теории и экспериментов на Swiss Light Source SLS в Институте Пауля Шеррера PSI, было продемонстрировано существование монополей орбитального углового момента электронов (ОАМ), вращающихся вокруг атомного ядра. Что стало предметом большого теоретического интереса, поскольку они предлагают значительные практические преимущества для развивающейся области орбитроники, потенциальной энергоэффективной альтернативы традиционной электронике. Открытие опубликовано в журнале Nature Physics. Международная исследовательская группа под руководством ученых из Института Пауля Шеррера PSI и Институтов Макса Планка в Галле и Дрездене (Германия) продемонстрировала, что хиральные топологические полуметаллы — новый класс материалов, открытый в PSI в 2019 году, — обладают свойствами, которые делают их весьма практичным выбором для генерации токов ОАМ. Для эксперимента была использована техника, известная как круговой дихроизм в угловой фотоэмиссионной спектроскопии, или CD-ARPES, использующей циркулярно поляризованные рентгеновские лучи от источника синхротронного света. Предположение заключается в том, что если вы используете циркулярно поляризованный свет, вы измеряете то, что прямо пропорционально OAM.

Впервые обнаружена собственная магнитная структура в решетке кагоме

Совместная исследовательская группа из Китая недавно впервые наблюдала внутренние магнитные структуры в решетке кагоме, используя высокочувствительную систему магнитно-силовой микроскопии (MFM) установки постоянного сильного магнитного поля (SHMFF), а также спектроскопию электронного парамагнитного резонанса и микромагнитное моделирование. Результаты исследования были опубликованы в журнале Advanced Science 19 августа. Эксперименты при переменной температуре показали, что магнитная реконструкция в монокристаллах Fe₃Sn₂ происходит посредством фазового перехода второго рода или слабого фазового перехода первого рода, что пересматривает более ранние предположения о переходе первого рода. Это открытие также переопределило низкотемпературное основное магнитное состояние как плоскостное ферромагнитное состояние, что противоречит предыдущим сообщениям о состоянии спинового стекла. Количественные данные MFM показали, что значительные внеплоскостные магнитные компоненты сохраняются при низких температурах. Используя модель Кейна-Меле, команда объяснила открытие щели Дирака при низких температурах, тем самым отвергнув предыдущие гипотезы о наличии скирмионов в этих условиях.

Эффект антиферромагнитного диода в четно-слоистом MnBi₂Te₄

Исследователи из Гарвардского университета наблюдали эффект антиферромагнитного диода в четнослойном MnBi₂Te₄, антиферромагнитном материале, характеризующемся центросимметричным кристаллом, который не демонстрирует направленного разделения зарядов. Эффект может быть использован для разработки различных технологий, включая транзисторы с эффектом поля в плоскости и устройства сбора микроволновой энергии. Учёные изготовили устройства с использованием равномерного слоя MnBi₂Te₄ с двумя различными конфигурациями электродов. Некоторые из этих устройств имели электроды с стержнем Холла (продольные электроды, которые пропускают ток, и поперечные электроды, используемые для измерения эффекта Холла), в то время как другие имели радиально распределенные электроды (расположенные по кругу вокруг центральной точки). Для изучения свойств равномерно-слоистого MnBi₂Te₄ использовались пространственно-разрешенный оптический метод и методы сбора измерений генерации электрической суммарной частоты. Исследование опубликовано в журнале Nature Electronics.

Оптически обнаруженный когерентный контроль молекулярных спинов при комнатной температуре

В статье «Оптически обнаруживаемое когерентное управление молекулярными спинами при комнатной температуре», опубликованной в журнале Physical Review Letters, учёные показывают, как можно манипулировать определенным квантовым свойством, известным как «спин» в органических молекулах, и измерять его с помощью видимого света, и все это при комнатной температуре. Были использованы лазеры для выравнивания спинов электронов в молекулах, которые можно рассматривать как крошечные квантово-механические магниты. При тщательно направленных импульсах микроволнового излучения, получилось управлять спиновыми состояниями в желаемые квантовые состояния. Далее, используя количество видимого света, получилось измерять состояние спинов испускаемого молекулами от второго лазерного импульса, который менялся в зависимости от квантового состояния спинов. В демонстрации доказательства принципа действия была использована органическая молекула под названием пентацен, включенная в две формы материала под названием пара-терфенил, как в кристаллах, так и в тонкой пленке. Продемонстрировано, что можно оптически обнаруживать квантовую когерентность (временную шкалу, в которой существуют квантовые состояния) молекул в течение микросекунды при комнатной температуре, что намного дольше времени, необходимого для манипулирования состояниями.

Гигантский нелинейный эффект Холла в теллуре при комнатной температуре

Учёные обнаружили значительные нелинейные эффекты Холла (НЭХ) и беспроводного выпрямления при комнатной температуре в элементарном полупроводнике теллуре (Te). Исследование опубликовано в Nature Communications. Был обнаружен значительный НЭХ при комнатной температуре в тонких чешуйках Te с настраиваемыми выходами напряжения Холла, модулированными внешними напряжениями затвора. При 300 К максимальный выход второй гармоники может достигать 2,8 мВ, что на порядок выше предыдущих данных. С помощью дальнейших экспериментов и теоретического анализа получено, что наблюдаемый НЭХ в тонких чешуйках Te в первую очередь обусловлен внешним рассеянием, причем нарушение симметрии поверхности тонкой структуры чешуек играет решающую роль. Физики заменили переменный ток радиочастотными (РЧ) сигналами, реализовав беспроводное РЧ-выпрямление в тонких хлопьях Те. Они добились стабильного выпрямленного выходного напряжения в широком диапазоне частот от 0,3 до 4,5 ГГц.

Спиновая текстура с настраиваемым углом закручивания в гетероструктурах Ван-дер-Ваальса WSe₂

Совместно с научными сотрудниками Карлова университета в Праге и центра CFM (CSIC-UPV/EHU) в Сан-Себастьяне группа Nanodevices CIC nanoGUNE разработала новый сложный материал с новыми свойствами в области спинтроники. Это открытие, опубликованное в журнале Nature Materials, открывает ряд новых возможностей для разработки новых, более эффективных и более совершенных электронных устройств, таких как те, которые интегрируют магнитную память в процессоры.