В статье, вчера опубликованной онлайн в журнале Nature Communications, группа авторов во главе с исследователями из Калифорнийского университета в Риверсайде (UC Riverside) рассказала о первой демонстрации передачи чистого спинового тока через структуру, состоящую из слоёв металла и магнитного изолятора.

Для успеха такого эксперимента требовался высококачественный изолятор, исключающий паразитные сигналы от утечки тока. До сих пор ещё никто не выращивал магнитный изолятор на металлической основе, поэтому участникам исследования пришлось разработать оригинальную, совместимую с технологиями нанопроизводства методику, включающую этапы напыления (для металла) и лазерно-импульсного осаждения (для изолятора).

Таким способом им удалось получить структуру из высококачественного магнитного изолятора (железо-иттриевый гранат) толщиной 50–100 нм, находящегося между двумя 5-нанометровыми платиновыми (или танталовыми) слоями. Металлические слои служили для генерирования и детектирования спинового тока (преобразования спинового тока в зарядовый и обратно) посредством прямого и обратного спинового эффекта Холла.

Поскольку магнитный изолятор пропускает только спиновый ток, в нем отсутствует движение мобильных электронов, а значит не происходит и теплового (джоулева) рассеивания энергии.

Учёные также продемонстрировали, что прохождением сигнала через созданный ими прообраз будущего ключевого компонента спинтроники можно управлять — включать, выключать и модулировать амплитуду — с помощью магнитного поля. При этом направлением намагниченности магнитного изолятора можно задавать состояние памяти, получив энергонезависимое и многоуровневое запоминающее устройство.