Революція в електроніці: нове явище дасть змогу пристроям витрачати менше енергії

Вони опублікували статтю про відкриття в науковому журналі Physical Review Letters.

Традиційний ефект Холла, відкритий Едвіном Холом в Університеті Джонса Гопкінса 1879 року, описує, як електричний струм відхиляється в бік під впливом зовнішнього магнітного поля, створюючи вимірювану напругу. Цей ефект відіграє вирішальну роль у таких технологіях, як датчики швидкості транспортних засобів і детектори руху смартфонів.

Команда з Університету штату Колорадо разом із колегами з Університету Джонса Гопкінса виявили докази нової властивості, названої "масою Холла", у класі складних магнітних матеріалів, відомих як неколінеарні антиферомагнетики. У їхньому дослідженні основний акцент зроблено не на електричний заряд, а на спін — момент внутрішнього імпульсу частинок при обертанні відносно центру маси.

На відміну від більш звичних магнітів, де спіни шикуються паралельно або антипаралельно, спіни в цих матеріалах йдуть у різних напрямках, але все одно в сумі дають нульову чисту намагніченість. Це унікальне явище дає змогу по-новому поглянути на ефект Холла, де не тільки електричні заряди, а й спінові струми можуть текти під прямим кутом.

"Уявіть, що ви штовхаєте спіновий струм в одному напрямку і отримуєте другий спіновий струм, що йде вбік. Це відмінна риса ефекту Холла", — пояснив аспірант Люк Вернерт.

Причина, з якої цей новий ефект, керований "масою Холла", проявляється тільки в неколінеарних антиферомагнетиках, полягає в тому, що в них є три ступені свободи, що описують орієнтацію спіна. У підсумку виникають три відгалуження спінових хвиль (коливань спінів), дві з яких поширюються на всі боки.

Оскільки спінові струми виробляють набагато менше тепла, ніж електричні струми, їхнє використання може зробити революцію в сучасній електроніці. Ця властивість лежить в основі швидкозростаючої галузі — "спінтроніки", яка прагне створювати пристрої, такі як магнітні сховища (магніторезистивна пам'ять із довільним доступом, MRAM). Вони мають бути більш енергоефективними та стійкими до пошкодження даних зовнішніми магнітними полями.

У звичайних магнітних матеріалах блукаюче магнітне поле іноді може стерти збережену інформацію, а неколінеарні антиферомагнетики набагато менш сприйнятливі до таких перешкод, що робить їх потенційно безпечнішими для зберігання і обробки даних. Загалом, відкриття цього нового ефекту Холла і пов'язаної з ним маси Холла відкриває новий напрямок у фізиці конденсованих середовищ і може спрямувати розвиток технологій наступного покоління, що працюють на спінах.

Раніше писали, що як орбітроніка може замінити електроніку в гаджетах. Як і спінтроніка, це явище пропонує альтернативу електричному струму, яка потребує менше енергії.