Ultra ince izolatörlerde dev magnon spin dalgası iletkenliği araştırmacıları şaşırtıyor

Ultra ince izolatörlerde dev magnon spin dalgası iletkenliği araştırmacıları şaşırtıyor

Enjektör elektrotundan geçen akım (I), ince YIG katmanında magnonlar üretir. Bunlar, bir elektrik voltajı (V) ürettikleri dedektör elektrotuna doğru akar. Kredi: Groningen Üniversitesi / Xiangyang Wei

İletken telleri incelttiğinizde elektriksel dirençleri artar. Bu Ohm yasasıdır ve genellikle doğrudur. Önemli bir istisna, teller etkili bir şekilde iki boyutlu olacak kadar ince hale geldiğinde elektronların hareketliliğinin arttığı çok düşük sıcaklıklardadır. Şimdi, Groningen Üniversitesi fizikçileri, Brest Üniversitesi’ndeki meslektaşlarıyla birlikte, magnonların iletkenliği ile benzer bir şeyin meydana geldiğini gözlemlediler, manyetik yalıtkanlardan geçen spin dalgaları, tıpkı bir stadyumdan geçen bir dalga gibi. İletkenlikteki artış olağanüstüydü ve ortam oda sıcaklığında meydana geldi. Bu gözlem yayınlandı Doğa Malzemeleri 22 Eylül’de.

Elektronların spin adı verilen ve “yukarı” veya “aşağı” değerine sahip manyetik bir momenti vardır. Platin gibi ağır bir metalden akım göndererek bir tür spin biriktirmek mümkündür. Elektronlar tarafından taşınan bu dönüşler, manyetik yalıtkan YIG (itriyum demir garnet) ile karşılaştığında, elektronlar geçemez. Bununla birlikte, YIG ile arayüzde, spin uyarımı iletilir: magnonlar (aynı zamanda spin de taşıyabilen) uyarılır. Bu dönüş dalgaları, bir stadyumdaki bir dalga gibi manyetik yalıtkandan geçer: elektronların hiçbiri (“seyirciler”) yerlerinden hareket etmez, ancak yine de dönüş uyarımını iletirler. Groningen Üniversitesi’nde Uygulamalı Fizik Profesörü ve spintronik gibi alanlarda uzman olan Bart van Wees, dedektör elektrotunda ters işlem gerçekleşir: Magnonlar elektronik dönüşler yapar, bu da daha sonra ölçülebilen bir elektrik voltajı üretir.

2D malzemelerde elektron hareketliliğinin artmasıyla motive olan grubu, ultra ince (nanometre) YIG filmlerinde magnon aktarımını test etmeye karar verdi. Van Wees, “Bu filmler kesinlikle 2D malzemeler değiller, ancak yeterince ince olduklarında, magnonlar yalnızca iki boyutta hareket edebiliyor” diye açıklıyor. Doktora öğrencisi Xiangyang Wei tarafından yapılan ölçümler şaşırtıcı bir sonuç verdi: YIG dökme malzeme ile karşılaştırıldığında, dönüş iletkenliği üç büyüklük sırası arttı.

dramatik efektler

Van Wees, bilim adamlarının “dev” gibi terimleri hafife almadığını, ancak bu durumda tamamen garanti edildiğini söylüyor. “Malzemeyi 100 kat daha ince yaptık ve magnon iletkenliği 1.000 kat arttı. Ve bu, 2D iletkenlerde yüksek elektron hareketliliği için gerekli olduğu gibi düşük sıcaklıklarda değil, oda sıcaklığında gerçekleşti.” Bu sonuç beklenmedikti ve şimdiye kadar açıklanamadı. Van Wees: “Makalemizde 3B’den 2B’ye geçişe dayanan teorik bir açıklama girişiminde bulunuyoruz. Ancak bu, gözlemlediğimiz dramatik etkileri tam olarak açıklayamaz.”

Peki bu dev magnon iletimi ile ne yapılabilir? Van Wees, “Bunu anlamıyoruz” diyor. “Bu nedenle, mevcut iddialarımız sınırlıdır. Bu, bazı yeni henüz keşfedilmemiş fiziğe giden yolu gösterebilecek araştırmaları mümkün kılıyor. Uzun vadede bu, yeni cihazlar da üretebilir.” İlk yazar Xiangyang Wei şunları ekliyor: “Elektron taşınımı olmadığı için, magnon dalgaları geleneksel bir ısı yayılımı oluşturmaz. Ve ısı üretimi, giderek daha küçük elektronik cihazlarda büyük bir sorundur.”

süperiletkenlik

Magnonlar bozon olduklarından (yani tamsayı spin kuantum değerlerine sahip olduklarından), Bose-Einstein yoğuşmasına benzer tutarlı bir durum yaratmak mümkün olabilir. Van Wees: “Bu, spin süperiletkenliği bile üretebilir.” Bütün bunlar gelecek için. Şimdilik, YIG’deki dev magnon iletkenliği iyi belgelenmiştir. “Ölçümler açık. Teorik fizikçiler ve deneycilerin iyi bir işbirliğini dört gözle bekliyoruz.”


Pratik spin dalga transistörü bir adım daha yakın


Daha fazla bilgi:
X.-Y. Wei ve diğerleri, Ultra ince itriyum demir granat filmlerinde dev magnon spin iletkenliği, Doğa Malzemeleri (2022). DOI: 10.1038/s41563-022-01369-0

Groningen Üniversitesi tarafından sağlanan

Alıntı: Ultra ince izolatörlerdeki dev magnon spin dalgası iletkenliği araştırmacıları şaşırttı (2022, 23 Eylül) 23 Eylül 2022’de https://phys.org/news/2022-09-giant-magnon-ultrathin-insulators.html adresinden alındı

Bu belge telif haklarına tabidir. Özel çalışma veya araştırma amaçlı herhangi bir adil işlem dışında, yazılı izin alınmadan hiçbir bölüm çoğaltılamaz. İçerik yalnızca bilgi amaçlı sağlanmıştır.