La conductància d’ona de gir magnon gegant en aïllants ultraprims sorprèn els investigadors


La conductància d'ona de gir magnon gegant en aïllants ultraprims sorprèn els investigadors

El corrent (I) a través de l’elèctrode de l’injector genera magnons a la fina capa YIG. Aquests flueixen cap a l’elèctrode detector, on produeixen una tensió elèctrica (V). Crèdit: Universitat de Groningen / Xiangyang Wei

Quan feu els cables conductors més prims, la seva resistència elèctrica augmenta. Aquesta és la llei d’Ohm, i en general és correcta. Una excepció important és a temperatures molt baixes, on la mobilitat dels electrons augmenta quan els cables es tornen tan prims que són efectivament bidimensionals. Ara, els físics de la Universitat de Groningen, juntament amb col·legues de la Universitat de Brest, han observat que alguna cosa semblant passa amb la conductivitat dels magnons, ones de spin que viatgen a través d’aïllants magnètics, com una ona a través d’un estadi. L’augment de la conductivitat va ser espectacular i es va produir a temperatura ambient ambient. Aquesta observació es va publicar a Materials de la natura el 22 de setembre.

Els electrons tenen a moment magnètic, anomenat gir, que té un valor de “amunt” o “avall”. És possible acumular un tipus de gir enviant un corrent a través de a metall pesat, com el platí. Quan aquests girs transportats pels electrons es troben amb l’aïllant magnètic YIG (granat de ferro ittri), els electrons no poden passar. Tanmateix, a la interfície amb YIG, l’excitació d’espín es transmet: els magnons (que també poden portar gir) s’exciten. Aquestes ones de spin travessen l’aïllant magnètic com una ona en un estadi: cap dels electrons (els “espectadors”) es mou del seu lloc, però tanmateix transmeten l’excitació de spin. A l’elèctrode detector passa el procés invers: els magnons fan girs electrònics, que després produeixen una tensió elèctrica que es pot mesurar, explica Bart van Wees, professor de Física Aplicada a la Universitat de Groningen i especialista en camps com l’espintrònica.

Motivat per l’augment de la mobilitat electrònica en materials 2D, el seu grup va decidir provar magnon transport en pel·lícules YIG ultrafines (nanòmetres). “Aquestes pel·lícules no són estrictament materials 2D, però quan són prou primes, els magnons només es poden moure en dues dimensions”, explica Van Wees. Les mesures, realitzades per Ph.D. L’estudiant Xiangyang Wei, va produir un resultat sorprenent: la conductivitat de gir va augmentar en tres ordres de magnitud, en comparació amb el material a granel YIG.

Efectes dramàtics

Els científics no utilitzen termes com “gegant” a la lleugera, però en aquest cas, estava totalment justificat, diu Van Wees. “Vam fer el material 100 vegades més prim i la conductivitat magnon va funcionar 1.000 vegades. I això no va passar a baixes temperatures, com es requereix per a una gran mobilitat d’electrons en conductors 2D, sinó a temperatura ambient”. Aquest resultat va ser inesperat i, fins ara, inexplicable. Van Wees: “En el nostre article donem una explicació teòrica provisional que es basa en la transició del transport de magnons 3D a 2D. Però això no pot explicar completament els efectes dramàtics que observem”.

Aleshores, què es podria fer amb aquesta conducció magnon gegant? “No ho entenem”, diu Van Wees. “Per tant, les nostres afirmacions actuals són limitades. Això permet investigar que podria indicar el camí cap a una física nova encara no descoberta. A la llarga, això també podria produir nous dispositius”. El primer autor Xiangyang Wei afegeix: “Com que no hi ha transport d’electrons implicat, les ones magnones no produeixen cap dissipació de calor convencional. I la producció de calor és un gran problema en dispositius electrònics cada cop més petits”.

Superconductivitat

I com que els magnons són bosons (és a dir, tenen valors quàntics de spin enters), podria ser possible crear un estat coherent comparable a un condensat de Bose-Einstein. Van Wees: “Això podria fins i tot produir superconductivitat de spin”. Tot això és per al futur. De moment, la conductància magnon gegant a YIG està ben documentada. “Les mesures són clares. Esperem una bona col·laboració de físics teòrics i experimentals”.


Pràctic transistor d’ona de spin un pas més a prop


Més informació:
X.-Y. Wei et al, Conductivitat d’espin magnon gegant en pel·lícules ultrafines de granat d’itri i ferro, Materials de la natura (2022). DOI: 10.1038/s41563-022-01369-0

Proporcionat per
Universitat de Groningen


Citació: La conductància d’ona de gir magnon gegant en aïllants ultrafins sorprèn als investigadors (2022, 23 de setembre) recuperada el 23 de setembre de 2022 a https://phys.org/news/2022-09-giant-magnon-ultrathin-insulators.html

Aquest document està subjecte a drets d’autor. A part de qualsevol tracte just amb finalitats d’estudis o investigacions privats, no es pot reproduir cap part sense el permís per escrit. El contingut es proporciona només amb finalitats informatives.