Milžiniškas magnono sukimosi bangos laidumas itin plonuose izoliatoriuose stebina tyrėjus


Milžiniškas magnono sukimosi bangos laidumas itin plonuose izoliatoriuose stebina tyrėjus

Srovė (I) per injektoriaus elektrodą sukuria magnonus ploname YIG sluoksnyje. Jie teka link detektoriaus elektrodo, kur sukuria elektros įtampą (V). Kreditas: Groningeno universitetas / Xiangyang Wei

Kai laidus laidus ploninate, padidėja jų elektrinė varža. Tai yra Ohmo dėsnis ir apskritai jis teisingas. Svarbi išimtis yra esant labai žemai temperatūrai, kai elektronų mobilumas padidėja, kai laidai tampa tokie ploni, kad iš tikrųjų yra dvimačiai. Dabar Groningeno universiteto fizikai kartu su kolegomis iš Bresto universiteto pastebėjo, kad kažkas panašaus atsitinka su magnonų laidumu, sukimosi bangomis, kurios sklinda per magnetinius izoliatorius, panašiai kaip banga per stadioną. Laidumo padidėjimas buvo įspūdingas ir įvyko kambario temperatūroje. Šis pastebėjimas buvo paskelbtas m Gamtos medžiagos rugsėjo 22 dieną.

Elektronai turi a magnetinis momentas, vadinamas sukimu, kurio reikšmė yra „aukštyn“ arba „žemyn“. Galima sukaupti vieno tipo sukimąsi siunčiant srovę per a Sunkusis metalas, pavyzdžiui, platina. Kai tie sukimai, kuriuos nešioja elektronai, susiduria su magnetiniu izoliatoriumi YIG (itrio geležies granatu), elektronai negali praeiti. Tačiau sąsajoje su YIG sukimosi sužadinimas perduodamas: magnonai (kurie taip pat gali atlikti sukimąsi) yra sužadinami. Šios sukimosi bangos praeina per magnetinį izoliatorių kaip banga stadione: nė vienas elektronas (“žiūrovai”) nepajuda iš savo vietos, bet vis tiek perduoda sukinio sužadinimą. Prie detektoriaus elektrodo vyksta atvirkštinis procesas: magnonai sukuria elektroninius sukimus, kurie vėliau sukuria elektros įtampą, kurią galima išmatuoti, aiškina Bartas van Weesas, Groningeno universiteto taikomosios fizikos profesorius ir tokių sričių kaip spintronika specialistas.

Motyvuota elektronų mobilumo padidėjimo 2D medžiagose, jo grupė nusprendė išbandyti magnonas transportavimas itin plonose (nanometrų) YIG plėvelėse. „Šios plėvelės nėra griežtai 2D medžiagos, tačiau kai jos yra pakankamai plonos, magnonai gali judėti tik dviem matmenimis“, – aiškina Van Weesas. Matavimai, atlikti Ph.D. studentas Xiangyang Wei pateikė nuostabų rezultatą: sukimosi laidumas padidėjo trimis dydžiais, palyginti su YIG biria medžiaga.

Dramatiški efektai

Mokslininkai nelengvai vartoja tokius terminus kaip „milžinas“, tačiau šiuo atveju tai buvo visiškai pagrįsta, sako Van Weesas. “Medžiagą padarėme 100 kartų plonesnę, o magnono laidumas pakilo 1000 kartų. Ir tai atsitiko ne žemoje temperatūroje, kaip reikalinga dideliam elektronų mobilumui 2D laidininkuose, o kambario temperatūroje.” Šis rezultatas buvo netikėtas ir iki šiol nepaaiškinamas. Van Weesas: „Savo darbe pateikiame preliminarų teorinį paaiškinimą, pagrįstą perėjimu nuo 3D į 2D magnonų transportą. Tačiau tai negali visiškai paaiškinti mūsų stebimų dramatiškų padarinių.

Taigi, ką būtų galima padaryti su šiuo milžinišku magnono laidumu? „Mes to nesuprantame“, – sako Van Weesas. “Todėl mūsų dabartiniai teiginiai yra riboti. Tai leidžia atlikti tyrimus, kurie gali parodyti kelią į naują, bet neatrastą fiziką. Ilgainiui tai taip pat gali sukurti naujus įrenginius.” Pirmasis autorius Xiangyang Wei priduria: “Kadangi nėra elektronų pernešimo, magnono bangos nesukelia įprastinio šilumos išsklaidymo. O šilumos gamyba yra didelė problema vis mažesniuose elektroniniuose įrenginiuose.”

Superlaidumas

Kadangi magnonai yra bozonai (ty jie turi sveikųjų sukimosi kvantines vertes), gali būti įmanoma sukurti nuoseklią būseną, panašią į Bose-Einšteino kondensatą. Van Weesas: „Tai netgi gali sukelti sukimosi superlaidumą“. Visa tai skirta ateičiai. Šiuo metu milžiniškas magnono laidumas YIG yra gerai dokumentuotas. “Matavimai aiškūs. Tikimės gero fizikų teorinių ir eksperimentatorių bendradarbiavimo.”


Praktiškas sukimosi bangos tranzistorius vienu žingsniu arčiau


Daugiau informacijos:
X.-Y. Wei ir kt., Milžiniško magnono sukimosi laidumas itin plonose itrio geležies granato plėvelėse, Gamtos medžiagos (2022). DOI: 10.1038/s41563-022-01369-0

Citata: milžiniško magnono sukimosi bangos laidumas itin plonuose izoliatoriuose stebina tyrėjus (2022 m., rugsėjo 23 d.), gautas 2022 m. rugsėjo 23 d. iš https://phys.org/news/2022-09-giant-magnon-ultrathin-insulators.html

Šis dokumentas yra saugomas autorių teisių. Išskyrus bet kokius sąžiningus sandorius privačių studijų ar mokslinių tyrimų tikslais, jokia dalis negali būti atkuriama be raštiško leidimo. Turinys pateikiamas tik informaciniais tikslais.