Прорыв в спинтронике: подтверждение ранее неопознанного физического явления

к Клаус Мюллер
5 Комментарии
Spintronics Advancement

В недавнем научном исследовании исследователи обосновали существование «орбитального эффекта Холла» — интригующего явления, которое потенциально может произвести революцию в хранении данных в будущих компьютерных устройствах. Это важное открытие, которое влечет за собой выработку электричества посредством орбитального движения электронов, обещает замечательные достижения в области спинтроники, что в конечном итоге приведет к созданию более эффективных, быстрых и надежных магнитных материалов. Этот прорыв может изменить ландшафт технологий в ближайшем будущем.

Спинтроника, важнейший компонент современных компьютерных систем и спутников, опирается на манипулирование магнитными состояниями, чему способствует собственный угловой момент электронов, для хранения и поиска данных. Вращение электрона генерирует магнитный ток, зависящий от его физического движения, — явление, известное как «спиновый эффект Холла». Этот эффект имеет разнообразные применения в самых разных областях, от маломощной электроники до фундаментальной квантовой механики.

В недавних разработках исследователи раскрыли дополнительную способность электронов, а именно, генерацию электричества посредством особого типа движения, называемого орбитальным угловым моментом. Это движение напоминает орбиту Земли вокруг Солнца и получило название «орбитальный эффект Холла». Роланд Каваками, соавтор исследования и профессор физики Университета штата Огайо, объяснил это явление.

Теоретические предсказания предполагали, что обнаружение магнитных токов, возникающих в результате орбитального эффекта Холла, можно облегчить, используя легкие переходные металлы - материалы, характеризующиеся слабыми спиновыми токами Холла. До сих пор непосредственное наблюдение за такими течениями представляло собой сложную задачу. Однако исследование, инициированное аспирантом-физиком Игорем Лялиным и опубликованное в журнале Physical Review Letters, открыло метод, позволяющий наблюдать этот неуловимый эффект.

Каваками отметил, что за прошедшие годы были открыты различные эффекты Холла, но концепция орбитальных токов была новаторской. Отличить эти токи от спиновых токов в обычных тяжелых металлах оказалось непростой задачей. Команда Каваками успешно продемонстрировала орбитальный эффект Холла, направляя поляризованный свет, в частности лазер, на тонкие пленки легкого металлического хрома. Это осветило атомы металла и позволило исследователям обнаружить заметный магнитооптический сигнал, указывающий на скопление электронов на одном конце пленки, демонстрирующее устойчивые характеристики орбитального эффекта Холла.

Последствия этого прорыва для будущих приложений спинтроники огромны. Каваками подчеркнул, что, хотя за последние 25 лет спинтроника добилась значительных успехов в различных приложениях памяти, в настоящее время основное внимание в этой области уделяется минимизации энергопотребления, что является ключевым ограничением на пути повышения производительности. Снижение энергетических потребностей будущих магнитных материалов потенциально может привести к снижению энергопотребления, увеличению скорости, повышению надежности и продлению срока службы технологий. Переход от спиновых токов к орбитальным токам может принести долгосрочные выгоды с точки зрения экономии времени и средств.

Исследователи, признав, что их результаты проливают свет на появление этих интригующих физических явлений в других типах металлов, выразили готовность к дальнейшему исследованию сложной взаимосвязи между спиновыми эффектами Холла и орбитальными эффектами Холла.

Это новаторское исследование было проведено в сотрудничестве с соавторами Саназом Алихой и Питером М. Оппениром из Уппсальского университета, а также Марко Берриттой, связанным как с Уппсальским университетом, так и с Университетом Эксетера. Исследование получило поддержку Национального научного фонда, Шведского исследовательского совета, Шведской национальной инфраструктуры вычислений и Фонда К. и А. Валленбергов.

Ссылка: «Магнитооптическое обнаружение орбитального эффекта Холла в хроме», Игорь Лялин, Саназ Алиха, Марко Берритта, Питер М. Оппенир и Роланд К. Каваками, 11 октября 2023 г., Physical Review Letters. DOI: 10.1103/PhysRevLett.131.156702.

Часто задаваемые вопросы (FAQ) о развитии спинтроники

Что такое «орбитальный эффект Холла», упомянутый в статье?

«Орбитальный эффект Холла» — это недавно открытое физическое явление, при котором электричество генерируется в результате орбитального движения электронов. Он потенциально может значительно улучшить технологию хранения данных и найти применение в области спинтроники.

Чем «спиновый эффект Холла» отличается от «орбитального эффекта Холла»?

«Спиновый эффект Холла» предполагает генерацию магнитного тока за счет вращения электронов, а «орбитальный эффект Холла» связан с генерацией электричества за счет орбитального углового момента электронов. Это разные явления с разными механизмами, лежащими в основе.

Почему обнаружение орбитального эффекта Холла важно?

Обнаружение орбитального эффекта Холла имеет решающее значение, поскольку оно открывает новые возможности для улучшения спинтроники и повышения энергоэффективности магнитных материалов. Это открытие может привести к снижению энергопотребления, увеличению скорости и повышению надежности технологий будущего.

Как в ходе исследования был обнаружен орбитальный эффект Холла?

Исследователи использовали поляризованный свет, в частности лазер, направленный на тонкие пленки хрома, легкого переходного металла. Это позволило им исследовать атомы металла на предмет наращивания орбитального углового момента. После обширных измерений был обнаружен четкий магнитооптический сигнал, подтверждающий наличие орбитального эффекта Холла.

Каковы потенциальные последствия для будущих приложений технологий и спинтроники?

Успешное обнаружение орбитального эффекта Холла может совершить революцию в технологии за счет снижения потребления энергии в магнитных материалах. Это может привести к созданию более эффективных и надежных компьютерных устройств, снижению энергопотребления и увеличению срока службы технологий.

Подробнее о развитии спинтроники

Вам также может понравиться

5 Комментарии

TechGuruX 1ТП2Т - 1ТП3Т

Итак, это может сделать компьютер быстрее и сэкономить электроэнергию? _xD83D__xDC4D_

Отвечать
ГрамматикаГик 1ТП2Т - 1ТП3Т

Грамматика нуждается в улучшении, но это классная научная штука! _xD83D__xDE80_

Отвечать
НаукаБотаник42 1ТП2Т - 1ТП3Т

Я всегда <3, когда открывают новые явления, спинтроника звучит круто!

Отвечать
ЛюбопытныйРазум 1ТП2Т - 1ТП3Т

Слава исследователям, потрясающая работа _xD83D__xDE4C_

Отвечать
Читатель101 1ТП2Т - 1ТП3Т

вау, большая научная дискуссия об электронах и прочем. вращение, орбита, бум! _xD83D__xDCA5_

Отвечать

Оставить комментарий

* Используя эту форму, вы соглашаетесь с хранением и обработкой ваших данных на этом сайте.

1ТП1Т — веб-ресурс, посвященный предоставлению актуальной информации о быстро меняющемся мире науки и технологий. Наша миссия — сделать науку и технологии доступными для всех через нашу платформу, объединяя экспертов, новаторов и ученых, чтобы поделиться своими знаниями и опытом.

Подписаться

Подпишитесь на мою рассылку, чтобы получать новые сообщения в блоге, советы и новые фотографии. Давайте оставаться в курсе!

© 2023 1ТП1Т

ru_RUРусский