Придется подогреть
Японские физики нашли удивительно простой способ генерирования
спин-поляризованного тока - для этого достаточно лишь нагреть один из концов постоянного магнита. Это открытие обещает
придать новый импульс развитию спинтроники, которая в числе прочего должна помочь сделать компьютерные чипы заметно
быстрее и меньше.
В спинтронике для кодирования и обработки информации помимо зарядов используют еще и спин
электронов, который может быть ориентирован, например, вверх или вниз. И хотя в последние годы в лабораториях было
создано много новых спинтронных устройств, ряд серьезных проблем сильно тормозит коммерческое внедрение этого
направления. Эффективно генерировать спин-поляризованный ток непросто; хуже того, электроны в проводниках быстро
"забывают" ориентацию своего спина, рассеиваясь на различных неоднородностях и тепловых колебаниях кристаллической
решетки. Например, в чистой меди ориентация спина тока сохраняется на протяжении всего лишь пятисот нанометров.
В
основе предложенного способа генерации спин-поллялрилзолванного тока лежит спиновый эффект Зеебека. Обычный же эффект
Зеебека известен уже почти двести лет и заключается в возникновении напряжения между концами проводника, имеющими разную
температуру. У более холодного конца скапливается больше электронов, пока электрическое поле не уравновесит разность во
встречных потоках "холодных" и "горячих" электронов, которые подвижнее холодных и диффундируют чуть быстрее. В
полупроводниках этот эффект усиливается за счет увеличения концентрации носителей заряда с ростом температуры. Эффект
Зеебека часто используют для получения электроэнергии в космосе, а также в термопарах для измерения
температуры.
Новый эффект можно наблюдать только в намагниченных проводниках. Если в них есть перепад температуры,
то электронов со спином, параллельным направлению намагниченности материала, будет больше возле холодного конца, а с
противоположным спином, наоборот, у горячего, вследствие чего и возникает спин-поляризованный ток.
В экспериментах
ученые использовали тонкую (20 нм) пленку из сплава железа и никеля Ni81Fe19 размером 6x4 мм на сапфировой подложке.
Концы пленки подвергались воздействию разных температур, а направление постоянной намагниченности пленки совпадало с
температурным градиентом. Поляризацию спинов измеряли с помощью платиновых проволочек, прикладываемых в различных местах
поперек пленки. Между концами проволочек, благодаря недавно открытому обратному спиновому эффекту Холла, возникал
перепад напряжений, пропорциональный поляризации электронов. Измерения показали, что поляризация линейно менялась вдоль
пленки и была пропорциональна перепаду температур, как и предсказывает теория.
