Điện tử học spin - Đột phá mới thúc đẩy công nghệ dữ liệu tốc độ cao

Trong các thí nghiệm về spin, có bốn cơ chế có thể xảy ra về vận chuyển một dòng điện spin thông qua một lớp phản sắt từ (xanh blue) bị kẹp giữa hai lớp sắt từ (tía và cam). (Từ trên xuống).

Dòng điện spin có thể được vận chuyển bằng các sóng spin THz nhất quán, bằng các sóng spin khó nắm bắt GHz, thông qua một dòng điện spin rời rạc được dẫn động bằng một gradient nhiệt, hoặc thông qua một thay đổi từ trực tiếp giữa hai lớp sắt từ.

Thực nghiệm mới chỉ dấu khi vật liệu phản sắt từ NiO bị kẹp giữa các sắt từ NiFe và FeCo, vận chuyển spin giữa NiFe và FeCo xuất hiện qua một sóng spin nhất quán. Nguồn: Physics (2020). DOI: 10.1103/Physics.13.83

Một nhóm nghiên cứu quốc tế, bao gồm các nhà khoa học trường đại học Exeter, đã có một khám phá mang tính cách mạng có tiềm năng mang lại cách sử dụng một số thiết bị điện tử thường được sử dụng bậc nhất thế giới với mức tiêu hao năng lượng thấp và tốc độ cực cao.

Trong khi công nghệ thông tin của thế giới ngày nay phụ thuộc vào các thiết bị điện tử tiêu tốn nhiều năng lượng, các điện tích trong các dòng điện có thể vận chuyển một hình thức mô men động lượng mà người ta vẫn gọi là spin.

Các thiết bị điện tử chứa spin hay còn gọi là điện tử học spin khai thác dòng điện spin, có tiềm năng không chỉ truyền dẫn nhanh hơn một cách đáng kể mà còn đạt được hiệu quả năng lượng tốt hơn nhiều. Các nhà khoa học mới đây khám phá ra một số vật liệu phản sắt từ cách điện là các vật dẫn của dòng điện spin nguyên bản.

Trong nghiên cứu mới, các nhà khoa học của đại học Exeter hợp tác với trường đại học Oxford, California Berkeley và Cơ sở máy gia tốc tiên tiến Advanced & Diamond Light Sources đã chứng minh bằng thí nghiệm các dòng điện spin xoay chiều tần số cao có thể được vận chuyển bằng, và thi thoảng được khuếch đại, các lớp mỏng phản sắt từ NiO.

Kết quả chứng minh dòng điện spin trong các lớp NiO mỏng có trung gian là các sóng spin khó nắm bắt, một cơ chế liên quan đến đường hầm cơ học lượng tử.

Việc sử dụng các lớp NiO mỏng để vận chuyển và khếch đại dòng điện spin xoay chiều tại nhiệt độ phòng và các tần số gigahertz có thể dẫn đến công nghệ truyền thông không dây trong tương lai hiệu quả hơn.

Nghiên cứu “Coherent Transfer of Spin Angular Momentum by Evanescent Spin Waves within Antiferromagnetic NiO” (Vận chuyển nhất quán mô men động lượng spin bằng các sóng spin khó nắm bắt) được xuất bản trên Physical Review Letters.

Maciej Dabrowski, tác giả thứ nhất của công bố tại trường đại học Exeter, cho biết: “Việc xác nhận cơ chế sóng spin khó nắm bắt đã chứng tỏ thí nghiệm của chúng tôi chỉ dấu sự vận chuyển của mô men động lượng giữa các spin và mạng tinh thể phản sắt từ có thể thực hiện được trong các màng mỏng NiO  và mở cánh cửa tới việc xây dựng các bộ khuếch đại dòng điện spin ở cấp độ nano”.

Theo Tia Sáng