Materijal čiji se magnetski doprinosi međusobno poništavaju ipak može poslužiti kao izvor spinske struje. Međunarodni tim to je pokazao na spoju mangana i silicija, Mn5Si3: električnim putem prenio je spin u nemagnetski kanal, a zatim njegov prolazak očitao na odvojenoj elektrodi.
Rezultati su objavljeni 28. listopada u časopisu Nature, a Institut za fiziku Češke akademije znanosti predstavio ih je u priopćenju od 2. studenoga. Istraživanje su osmislili Helena Reichlová iz tog instituta i Fèlix Casanova iz španjolskog centra CIC nanoGUNE. Prva autorica rada Jone Mencos izradila je uzorke i provela električna mjerenja.
Struja koja prenosi i spin
U običnom elektroničkom sklopu najčešće pratimo električni naboj. Elektron, međutim, ima i spin, kvantno svojstvo povezano s njegovim magnetskim ponašanjem. Za jednostavno objašnjenje možemo ga prikazati strelicom određenog smjera, iako elektron nije sićušna kuglica koja se doslovno vrti oko svoje osi.
Spintronika pokušava iskoristiti i to svojstvo za prijenos i obradu informacija. Pritom je važno odvojiti prijenos spina od prijenosa naboja. U dijelu sklopa može teći spinska struja bez ukupnog protoka električnog naboja: elektroni suprotnih spinova mogu se gibati u suprotnim smjerovima, tako da se njihov prijenos naboja poništi, dok se spin i dalje prenosi. Takav prijenos naziva se čistom spinskom strujom.
Jedan od uobičajenih izvora spinski polarizirane struje jest feromagnet. U njemu se magnetski doprinosi elektrona zbrajaju pa materijal ima ukupnu magnetizaciju. To je korisno za upravljanje spinom, ali magnetska polja mogu stvarati smetnje susjednim dijelovima sve manjih sklopova.
Što altermagnet čini drukčijim
Altermagneti nude drukčiju kombinaciju svojstava. Njihova ukupna magnetizacija može biti poništena, dok odnos magnetskog reda i kristalne rešetke omogućuje različito ponašanje elektrona suprotnih spinova. To otvara mogućnost stvaranja spinski polariziranih struja bez ukupne magnetizacije kakvu imaju obični feromagneti.
Kozmos je već pisao o mapiranju altermagnetizma u manganovu teluridu, kao i o novijem pokusu koji je njegov neobičan magnetski odziv provjerio rendgenskim zrakama. Sadašnji rad bavi se drugim spojem i konkretnim zadatkom: može li takav materijal prenijeti spin u drugi dio elektroničkog sklopa?
Tim je upotrijebio tanke slojeve Mn5Si3 i bočno raspoređene kontakte. Takva geometrija omogućila je da spin putuje u ravnini uređaja te da mjesto njegova nastanka bude odvojeno od mjesta očitanja. Struju kroz izvor i signal detektora istraživači su tako mogli pratiti zasebno.
Promjena magnetskog reda preokrenula je signal
Spin su električnim putem unosili iz Mn5Si3 u nemagnetski kanal. Na određenoj udaljenosti nalazila se feromagnetska elektroda koja je služila kao detektor. Feromagnet je tako zadržao ulogu detektora, dok je novi materijal preuzeo ulogu izvora spinske struje.
Ključna provjera bila je promjena magnetskog stanja izvora. Kada su istraživači preokrenuli njegov unutarnji magnetski raspored, preokrenuo se i očitani spinski signal. Takav su odgovor zabilježili u dvama različitim rasporedima električnog napajanja, što im je pomoglo razlikovati opaženi učinak od uobičajene injekcije spina iz feromagneta i drugih poznatih mehanizama.
Mjerenja su usporedili s analizom simetrije materijala, proračunima njegove elektronske strukture i modelom prijenosa spina. Rezultati su u skladu s altermagnetskim redom Mn5Si3. Proračuni daju spinsku polarizaciju između 6,5 i 10 posto, usporedivu s vrijednostima za uobičajene feromagnete. To je rezultat proračuna, a ne izravno izmjeren postotak polarizacije.
Korak prema primjeni, ali još ne gotova memorija
Za spintroniku je nalaz važan jer pokazuje da materijal bez ukupne magnetizacije može imati aktivnu ulogu u stvaranju i prijenosu spinske struje. Istraživači su tako pokazali jednu od funkcija potrebnih za buduće sklopove, uz ranije provjere neobičnih magnetskih svojstava tih materijala.
Do praktične memorije ili procesora ipak ostaje niz koraka. Treba usavršiti materijale i izradu kontakata te provjeriti koliko se pouzdano takvim uređajima može upravljati. Tim nastavlja proučavati ovisnost signala o smjeru u kristalu i mogućnosti daljnjeg smanjivanja uređaja. Među ciljevima je i pronalazak načina očitanja koji ne bi zahtijevao sadašnji feromagnetski detektor.
