Контроль спин-поляризации при помощи электрического поля
Европейские физики утверждают, что им удалось добиться управления спин-поляризацией при помощи воздействия на заряды электрического поля. Это первый известный эксперимент, где удалось изменить спин без использования магнитных взаимодействий. Определенно, сделанное открытие в будущем поможет развитию такого направления, как спинтроника.
Спинтроника – относительно новая область исследований, основанная на использовании спина электрона точно так же, как применяется его заряд в электронике.
Спин, как известно, может принимать лишь дискретные значения, таким образом, он может использоваться для хранения цифровой информации в специфических (спинтронных) устройствах. Подобные устройства могли бы быть меньше в размерах и эффективнее привычных нам электронных устройств, т.к. переключение спина из одного состояния в другое теоретически может быть выполнено при гораздо меньших затратах энергии, нежели требуют некие манипуляции с зарядом. Однако, это лишь теория.
На сегодняшний день отработана методика «переключения» спина (изменения спин-поляризации) при помощи магнитного поля; определенного успеха достигли ученые, пытавшиеся управлять спином, пропуская большие заряды через магнетики. Тем не менее, магнитные поля являются гораздо более сложными в генерации и контроле (в первую очередь, гораздо более энергоемкими), чем электрические. Но, не смотря на интенсивную работу в этом направлении, до сих пор не существовало методики, позволяющей выполнить «переключение» лишь при помощи электрических взаимодействий .
Но, похоже, в этой области можно говорить об очередном прорыве. Группа европейских ученых продемонстрировала новый способ управления спин-поляризацией при помощи одного лишь электрического поля. Инновация, предложенная учеными, состоит в том, что поле воздействует на заряды через специфический материал, состоящий из ферроэлектрика (сегнетоэлектрика) и ферромагнетика. В свойствах этих материалов и кроется ключ к успеху исследователей.
Сегнетоэлектрик – материал, содержащий области с определенной электрической поляризацией, аналогичные областям с магнитной поляризацией в ферромагнетике. Комбинируя слои ферромагнетика и сегнетоэлектрика, ученые исследовали сегнетоэлектрические туннельные барьеры и эффекты, связанные с ними при комнатной температуре. Ранее группой уже было обнаружено гигантское электросопротивление такого барьера. Теперь ученые докладывают о новых успехах – об обнаружении явления туннельного магнитосопротивления – зависимости туннельного барьера от ориентации магнитных доменов двух слоев ферромагнетика. Ученые уверены, что это явление зависит от сегнетоэлектрической поляризации, которая указывает на изменении спин-поляризации потока зарядов, следующих через туннельный барьер.
Это первый из известных экспериментов, где спин-поляризация управляется исключительно при помощи электрического поля. Кстати, работа затрагивает и еще один научный аспект – пограничные взаимодействия ферромагнетиков и сегнетоэлектриков. Работа могла бы открыть путь к созданию новых материалов, использующих в практических целях эти приграничные явления.
Что касается обнаруженного способа управления спин-поляризацией, то в будущем он вполне может найти применение в спинтронных устройствах, которые, как ожидают многие исследователи, вскоре могут заменить привычную нам электронику.
Группа ученых планирует продолжить исследования, расширив круг своего внимания на другие вещества, так или иначе взаимодействующие с магнитным и электрическим полями.
