Полностью электрическая слоистая спинтроника в альтернативных магнитных бислоях

Исследовательская группа под руководством Сингапурского университета технологий и дизайна (SUTD) представила новый метод управления спином электрона с использованием только электрического поля. Работа опубликована в Materials Horizons. Результаты демонстрируют, как новый тип магнитного материала, альтермагнитный бислой, может использовать новый механизм, называемый блокировкой спинов слоев, что позволяет осуществлять полностью электрическую манипуляцию спиновыми токами при комнатной температуре.

Аномальный спиновый ток Холла управляет самогенерируемым спин-орбитальным моментом в ферромагнетике

Учёные из Университета Юты и Калифорнийского университета в Ирвайне (UCI) обнаружили новый тип спин-орбитального момента. Исследование, опубликованное в Nature Nanotechnology 15 января 2025 года, демонстрирует новый способ манипулирования спином и намагничиванием посредством электрических токов. Явление названо аномальным холловским моментом. Учёные говорят, что эти самогенерируемые спин-моменты уникально подходят для нейроморфных вычислений, которые имитируют работу человеческого мозга.

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.

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.

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.

В сочетании с тонкой пленкой тяжелого металла и ферромагнитными монослоями графен усиливает эффект стабилизации скирмионов в спинтроники

На границе раздела графена и тяжелого металла возникает сильная спин-орбитальная связь, которая приводит к различным квантовым эффектам, включая спин-орбитальное расщепление уровней энергии (эффект Рашбы) и скос в выравнивании спинов (взаимодействие Дзялошинского-Мория). Эффект скоса спинов особенно необходим для стабилизации скирмионов, которые особенно подходят для спинтроники. В статье, опубликованной в журнале ACS Nano, испано-немецкая группа учёных показала, что эти эффекты значительно усиливаются, когда несколько монослоев ферромагнитного элемента кобальта вставляются между графеном и тяжелым металлом (в данном случае: иридием). Образцы выращивались на изолирующих подложках, что является необходимым условием для внедрения многофункциональных спинтронных устройств, использующих эти эффекты. 

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.

Обнаружен магнон-фононный резонанс Ферми в антиферромагнетике

В данной работе экспериментаторы и физики-теоретики, занимающиеся конденсированными средами из Института молекул и материалов (IMM) Университета Радбауд, Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR), Кельнского университета и Института Иоффе, открыли новый канал передачи энергии между магнонами и фононами в антиферромагнетике в условиях резонанса Ферми. Это может позволить в будущем контролировать такие антиферромагнитные системы для более быстрого и энергоэффективного хранения данных. Используя интенсивный и спектрально яркий сверхизлучающий источник ТГц на основе ускорителя в Центре источников мощного излучения ELBE HZDR, исследователи селективно возбудили антиферромагнитный спиновый резонанс и настроили его центральную частоту с помощью сильного внешнего магнитного поля до нескольких Тесла. Такая конфигурация позволила им настроить частоты спинового резонанса на половину частоты колебаний решетки, что соответствует условию резонанса Ферми. Был обнаружен новый режим связанной магнон-фононной динамики, который позволяет осуществлять обмен энергией между этими двумя подсистемами при резонансе Ферми. Настраивая частоты магнонов, учёные могут контролировать этот процесс и, в частности, усиливать магнон-фононную связь.

Международный симпозиум Spin Waves-2024

Международный симпозиум Spin Waves (Spin Waves-2024) пройдет в Саратове, расположенном на живописных берегах реки Волги, с 26 по 29 августа 2024 года. Целью данного симпозиума является предоставление возможность обсудить достижения в актуальных фундаментальных и прикладных исследованиях спиновых волн. На симпозиуме будут освещены современные проблемы и новые тенденции в магнетизме с особым акцентом на динамике спиновых волн. Ожидается междисциплинарное взаимодействие между руководителями и молодыми учёными, работающими в области спинтроники, магноники, сверхбыстрого магнетизма и спектроскопии магнитных твёрдых тел.

Быстрое движение скирмионов, индуцированное током, в синтетических антиферромагнетиках

Международная исследовательская группа под руководством ученых из CNRS обнаружила, что магнитные нанопузырьки, известные как скирмионы, могут перемещаться с помощью электрических токов, достигая рекордных скоростей до 900 м/с. До сих пор эти нанопузыри двигались со скоростью не более 100 м/с, что слишком медленно для вычислительных приложений. Однако благодаря использованию антиферромагнитного материала в качестве среды ученым удалось заставить скирмионы двигаться в 10 раз быстрее, чем наблюдалось ранее. Эти результаты, опубликованные в журнале Science 19 марта, открывают новые перспективы для разработки более производительных и менее энергоемких вычислительных устройств.