На шаг ближе к электронике будущего: исследования спин-орбитального взаимодействия

Исследователи из МФТИ совместно с коллегами исследовали спин-орбитальные эффекты в гетероструктурах на основе пермаллоя и платиновых/вольфрамовых пленок с помощью метода ферромагнитного резонанса. Это позволило обнаружить новые способы контроля за параметром затухания спинового тока. Результаты работы опубликованы в Physics of Metals and Metallography.

За последние десятилетия спинтроника — наука о спиновых токах — стала одной из самых перспективных областей для создания новых типов электронных устройств. Способность управлять динамикой намагниченности материалов играет ключевую роль в разработке таких технологий, как память SOT-MRAM и устройства на основе магнонов. В этих системах важным показателем является параметр затухания Гильберта, который напрямую влияет на быстродействие, потребление энергии и эффективность работы.

Ученые научились теоретически рассчитывать и экспериментально измерять этот параметр для различных материалов. Некоторые материалы, такие как сплавы Гейслера или железо, легированное ванадием, показали рекордно низкое затухание, что делает их потенциально идеальными для создания высокоэффективных устройств. Однако сложности в их производстве пока ограничивают их использование в массовом масштабе.

Гетероструктуры на основе ферромагнетиков и материалов с сильным спин-орбитальным взаимодействием, таких как платина или вольфрам, предлагают новые возможности. В процессе ферромагнитного резонанса возникает спиновый ток, который можно измерить с помощью спинового эффекта Холла, когда спиновый ток преобразуется в зарядовый ток. Этот эффект используется для управления намагниченностью материала с помощью внешнего поля.

Однако для создания эффективных спинтронных устройств, например, энергонезависимых элементов памяти, важно изучить, как параметр затухания зависит от температуры. Это позволит глубже понять, какие физические процессы управляют намагниченностью и как ими можно манипулировать.

Исследование российских ученых, проведенное на гетероструктурах пермаллоя с платиной и вольфрамом в диапазоне температур от 5 до 300 К, показало, что при температуре около 50 К наблюдается аномальный пик затухания. Ученые пришли к выводу, что это явление связано со спин-орбитальным взаимодействием электронов.

Для проверки гипотезы были проведены измерения напряжения обратного спинового эффекта Холла, которые подтвердили наличие аномального эффекта Нернста при температурах ниже 50 К. Этот эффект может играть ключевую роль в разработке новых спинтронных устройств.

«Мы обнаружили спад напряжения при температуре около 50 К, что может быть связано с аномальным эффектом Нернста, — пояснил Александр Пахомов, младший научный сотрудник МФТИ. — Это открытие поможет в будущем создании более эффективных спинтронных технологий».

Источник: Физики приблизились к созданию электроники будущего, исследовав влияние спин-орбитального взаимодействия на затухание намагниченности — За Науку.