Kun je spintronische circuits maken van niet-magnetisch materiaal?

De theorie is gepubliceerd in Physical Review Letters

Spintronische circuits zijn gewoonlijk gebaseerd op magnetische isolatoren die geen elektrische lading geleiden maar wel spins kunnen transporteren. Elektromagnetische velden kunnen de oriëntatie van spins echter verstoren en tot instabiliteit leiden. Niet-magnetische materialen daarentegen worden niet beïnvloed door elektromagnetische velden, waardoor ze de spininformatie betrouwbaar kunnen overbrengen. In plaats van met magnonen kan spin-informatie in niet-magnetische materialen worden overgedragen met fononen, quasideeltjes die betrokken zijn bij de verplaatsing van golftrillingen door materialen. Rembert Duine, professor aan de faculteit Technische Natuurkunde aan de TU/e en Universiteit Utrecht, en Andreas Rückriegel van de UU hebben een nieuwe theorie ontwikkeld om de voortplanting van spins via fononen in niet-magnetische materialen te onderzoeken.

Details van het model

Duine en Rückriegel plaatsen in hun nieuwe model een niet-magnetisch materiaal tussen een ‘sandwich’ van twee magnetische materialen. Een spinstroom die wordt overgedragen door magnonen wordt in magnetisch materiaal ter linkerzijde van het niet-magnetische materiaal opgewekt. Wanneer deze spinstroom de interface bereikt, reageert hij op de spins in het niet-magnetisch materiaal en dit brengt een door fononen aangedreven spinstroom voort in het niet-magnetisch materiaal. Wanneer de fononenstroom de tweede interface bereikt tussen het niet-magnetische en magnetische materiaal, veroorzaakt de door fononen aangedreven spinstroom een magnonenstroom in het magnetisch materiaal.

"Uit het model blijkt dat interacties tussen spins in de magnetische insulatoren en fononen in het niet-magnetisch materiaal een spinstroom veroorzaakt tussen de magneten die beweegt door de niet-magnetische insulator die de twee magneten van elkaar scheidt", zegt Duine. Belangrijk is dat de resulterende door fononen aangedreven spinstroom een spinoverdracht van de ene magneet naar de andere mogelijk maakt over afstanden op een schaal van millimeters. "Ons model is slechts de eerste stap. Het moet nog experimenteel geverifieerd worden, maar het zou in de toekomst praktische gevolgen kunnen hebben voor elektronisch gedreven spintronische apparaten."