W Instytucie Fizyki PAN rozpoczął się projekt mający na celu wykorzystanie fal spinowych jako nośnika danych.
Fala spinowa związana jest ze spinem, czyli właściwością opisującą, w dużym uproszczeniu, ruch cząstek elementarnych – w tym elektronów – wokół własnej osi. To kierunki spinów elektronów składają się na moment magnetyczny atomów i decydują o całkowitym namagnesowaniu danego materiału. Naukowcy z IF PAN w swojej pracy chcą wykorzystać możliwość wzbudzenia drgań spinów.
– Wyobraźmy sobie materiał magnetyczny, w którym wszystkie spiny są jednakowo ukierunkowane – tłumaczy dr Ewelina Milińska kierownik projektu. – Jeśli odchylę jeden spin, to będzie próbował on wrócić do swojego punktu równowagi. Jednak jego ruch wychwyci już spin sąsiedniego elektronu i on również się wychyli.
Przez wzajemne oddziaływanie między spinami wychylenie, czyli zaburzone lokalnie namagnesowanie, będzie się rozchodziło w materiale, przyjmując formę fali.
– Jeśli będziemy w stanie kontrolować rozchodzenie się fal spinowych w materiale – wpływać np. na ich szybkość czy amplitudę – to w parametrach fali spinowej możemy zapisać jakieś informacje – dodaje dr Milińska.
Fale spinowe są falami krótkimi – z długością fali od kilkudziesięciu do kilkuset nanometrów – o częstotliwości w zakresie giga- oraz teraherców, co umożliwia projektowanie zminiaturyzowanych urządzeń, w których jedna operacja wykonana będzie w czasie krótszym od 1 nanosekundy. Zatem wykorzystujące to zjawisko urządzenia powinny pracować szybciej i wydajniej, mogą być także mniejsze.
– Dodatkowo przy zjawiskach falowych nie mamy transportu ładunku, a w związku z tym eliminowany jest problem ciepła generowanego podczas pracy urządzenia – mówi dr Milińska.
Ponieważ nie jesteśmy w stanie bezpośrednio kontrolować poszczególnych spinów, manipulacja parametrami fali spinowej musi się więc odbywać przez dobór odpowiedniego medium, w którym będzie się ona rozchodzić. W ramach nowej dziedziny zajmującej się falami spinowymi, czyli magnoniki, naukowcy chcą stworzyć tzw. kryształ magnoniczny – materiał magnetyczny o przestrzennie, periodycznie zmieniających się właściwościach. Te tzw. metamateriały, mogą mieć wyjątkowe właściwości, niewystępujące w przyrodzie, co stwarza możliwość pośredniej manipulacji falami spinowymi.
Badania skoncentrowane będą na trzech grupach materiałów. Pierwszą będą heterostruktury kobalt/platyna, czyli nałożone na siebie warstwy tych pierwiastków. Materiały z drugiej grupy będą składały się z tych samych pierwiastków, ale w formie kilkunastu lub kilkudziesięciu ultracienkich warstw, ułożonych jedna na drugiej. W trzeciej grupie będzie to kobalt i molibden – warstwa molibdenu będzie przedzielać dwie magnetyczne warstwy kobaltu.
Poszukiwaniami optymalnego materiału do kontrolowania fali spinowej zajmie się dr Milińska i jej zespół w ramach projektu, na który uzyskała finansowanie z konkursu grantowego POWROTY Fundacji na rzecz Nauki Polskiej. Projekt będzie realizowany w Instytucie Fizyki PAN we współpracy z prof. Andrzejem Wawro oraz grupami prof. Andrzeja Maziewskiego z Uniwersytetu w Białymstoku, prof. Macieja Krawczyka z Uniwersytetu im. Adama Mickiewicza w Poznaniu oraz dr Romana Bottgera z Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR).
JK
(Źródło PAP – Nauka w Polsce)