Kohti orbitaalivirtaan perustuvaa elektroniikkaa

Kansainvälinen tutkimusryhmä on nyt onnistuneesti havainnut "kiertoradan pumppaamisen", uuden ilmiön, jossa kiertoradat syntyvät magneettisten materiaalien magnetisaation presessiosta. Löytö voisi tarjota perustan "orbitronisille" tekniikoille, jotka perustuvat kiertoratavirtoihin.

Vuosikymmenten ajan elektroniikka on hyödyntänyt elektronien varausta ja nykyään on tutkittu spintroniikkaa, joka hyödyntää elektronin "spin kulmamomenttia", kvanttiominaisuutta, "spin-virtojen" tuottamiseksi.

Elektronilla on kuitenkin myös "kiertoradan kulmamomentti", joka voisi mahdollisesti tarjota kiertoradan vastineen spinvirralle - orbitaalivirran - ja mahdollistaa uuden elektroniikan kehityksen. Huolimatta kasvavasta tutkimusintressistä tällä alalla, kiertoratavirtojen tuottaminen on kuitenkin edelleen haaste.

Äskettäisessä tutkimuksessa kansainvälinen tutkimusryhmä, jota johti apulaisprofessori Kazuya Ando Keion yliopistosta Japanista, raportoi ensimmäisestä kokeellisesta havainnosta "kiertoratapumppauksesta", joka on spinpumppauksen kiertoradan vastine, tekniikka, jossa spinvirtoja tuotetaan magnetoinnin liikkeestä.

Ryhmä havaitsi ja osoitti onnistuneesti, että magnetisaation presessio johti kiertoradan emissioon magneettisissa materiaaleissa.

Tutkimustyössä käytettiin kaksikerroksista järjestelmää, joka koostui nikkelistä (Ni) ferromagneettisena materiaalina ja titaanista (Ti) ei-magneettisena materiaalina ja käyttivät mikroaaltojen aiheuttamaa magnetointia kiertoradan virtojen muodostamiseen järjestelmässä.

He tutkivat järjestelmän vastetta soveltamalla tasossa olevaa magneettikenttää ja käyttämällä vektoriverkkoanalysaattoria mittaamaan mikroaaltojen absorption intensiteettiä.

"Uskomme, että kiertoradan pumppauksen löytäminen avaa uusia väyliä kiertoratavirtoihin perustuville elektroniikkatekniikoille", sanoo tohtori Ando. "Vaikka viime vuosina on kiinnitetty paljon huomiota spinvirtoihin, tutkimuksemme edustaa elektronien kuljetuksen tutkimatonta rajaa, joka voisi merkittävästi edistää laitteiden, kuten haihtumattoman muistin, suurtaajuisten oskillaattorien ja neuromorfisten järjestelmien, kehitystä."

Lisäksi tutkijat havaitsivat, että Ni/Ti-kaksoiskerroksen orbitaalipumppauksen synnyttämä orbitaalivirta muutettiin varausvirraksi mekanismilla, joka tunnetaan nimellä "käänteinen orbital Hall-ilmiö" (IOHE) Ti-kerroksessa. Erityisesti tämä tapahtui luottamatta tavanomaiseen spin-kiertoradan kytkentämekanismiin. IOHE-mekanismi oli siis keskeinen osa tätä tutkimusta, koska se havaitsi sähköisesti orbitaalisen pumppausilmiön.

Yhteenvetona voidaan todeta, että kiertoradan pumppauksen onnistunut havainnointi merkitsee merkittävää virstanpylvästä elektronien kuljetuksen alalla ja voi tasoittaa tietä uudelle elektroniikan aikakaudelle perinteisten varaus- ja spin-pohjaisten teknologioiden lisäksi. Aivan kuten spinpumppaus on ollut tärkeä tekijä spintroniikan edistämisessä, orbitaalinen pumppaus voi johtaa "orbitronic"-teknologioihin ja -laitteisiin, joilla on pienempi virrankulutus ja parempi nopeus, toteavat tutkijat yliopistonsa tiedotteessa.

Aiheesta aiemmin:

Orbitroniikka: uusi energiatehokas tekniikka

Kierrevalo antaa elektroneille suunnan