Группа исследователей под руководством специалистов Национального источника синхротронного излучения II (NSLS-II) совершила исторический прорыв, впервые напрямую зафиксировав спиновые токи, переносимые магнонами. Магноны представляют собой квантованные возбуждения в магнитной структуре материалов, ответственные за перенос углового момента. Это фундаментальное достижение для спинтроники стало возможным благодаря инновационному применению метода резонансного неупругого рассеяния рентгеновских лучей (RIXS). Подробности открытия были обнародованы в авторитетном научном журнале Nature.
Спинтроника: будущее информационных технологий
Спинтроника — это динамично развивающаяся область, которая исследует использование спина электронов (их собственного углового момента) для создания нового поколения устройств. Такие устройства потенциально способны хранить, обрабатывать и передавать информацию с гораздо большей скоростью, эффективностью и плотностью, чем это позволяют современные полупроводниковые технологии. Ключевой задачей в этой области является управление спиновыми токами — потоками углового момента, которые не сопровождаются переносом электрического заряда. Однако прямое измерение и наблюдение этих токов долгое время оставалось серьёзным вызовом из-за отсутствия достаточно чувствительных и точных экспериментальных методик.
Эксперимент и методология
В ходе новаторского эксперимента учёные создали температурный градиент в образце магнитного изолятора — граната иттрия и железа (YIG). Это привело к генерации спинового тока, который переносился именно магнонами.
Обратите внимание: Вскоре наступит эра автономных боевых машин, которые будут убивать себе подобных.
Для наблюдения за процессом была задействована уникальная установка линии Soft Inelastic X-ray Scattering (SIX) на NSLS-II. Метод RIXS продемонстрировал исключительную чувствительность, позволившую напрямую отслеживать распространение спиновых возбуждений в неравновесных условиях. Учёные смогли детектировать мельчайшие изменения в распределении магнонов и определить, какие конкретно типы возбуждений и с каким импульсом ответственны за перенос углового момента.Результаты и значение открытия
Прямое наблюдение не только окончательно подтвердило существование магнито-переносимого спинового тока, но и дало возможность изучить его важнейшие транспортные характеристики. В частности, исследователи измерили время релаксации магнонов — период, в течение которого возбуждение существует до момента рассеяния. Для глубокого анализа полученных данных был применён математический аппарат уравнения Больцмана, что закладывает основу для создания точных микроскопических моделей, необходимых для проектирования будущих спинтронных устройств.
Отдельным достижением стала разработка самой экспериментальной установки. Учёные создали специальное устройство, генерирующее спиновый ток с помощью термоэлектрического спинового эффекта Зеебека, и успешно интегрировали его в вакуумную камеру станции SIX, совместив измерения RIXS с транспортными измерениями.
Перспективы нового направления
Данная работа знаменует рождение нового направления в экспериментальной физике конденсированного состояния. Разработанная методика прямого наблюдения неравновесных явлений открывает двери для исследования и других форм бесзарядового переноса энергии и момента, таких как фононы (кванты колебаний решётки), орбитоны и плазмоны. Это, в свою очередь, может привести к революционным прорывам в создании сверхбыстрых и энергоэффективных технологий обработки информации.
10.09.2025 27 FacebookXVKontakteOdnoklassnikiTelegram Подпишитесь на нас:Вконтакте / Telegram / Дзен НовостиБольше интересных статей здесь: Новости науки и техники.