За првпат директно снимени спински бранови во наноосцилатор

Истражувачи за првпат директно ја снимија динамиката на магнетизацијата во наноосцилатор со спин-Холов ефект – уред што еднонасочна струја ја претвора во прилагодлив сигнал со микробранова фреквенција.

Шведско-германскиот тим користел временски разрешлива трансмисиона рендгенска микроскопија на инструментот MAXYMUS во истражувачкиот центар BESSY II во Берлин. Со помош на магнетен кружен дихроизам, научниците ги следеле осцилациите со просторна резолуција од неколку десетици нанометри и временска резолуција пократка од периодот на осцилациите од околу 6 гигахерци.

Снимките покажале дека спинските бранови се концентрираат покрај двата рабови на наноконтракцијата, но нерамномерно: емисијата е значително посилна од едната страна. Брановите се шират и силно анизотропно, главно во насока нормална на применетото магнетно поле.

Компјутерските микромагнетни симулации ги повториле експерименталните резултати дури откако биле вклучени три досега занемарувани фактори. Тоа се границите меѓу ситните кристални зрна во магнетниот слој, намалувањето на перпендикуларната магнетна анизотропија предизвикано од нанофабрикацијата и Дзијалошински–Моријаевата интеракција на границата меѓу материјалите.

Последниот ефект објаснува зошто спиновите што се движат во спротивни насоки не се однесуваат исто, што доведува до еднострана емисија на брановите. Резултатите укажуваат дека моделите за проектирање на вакви осцилатори и нивно поврзување во големи мрежи треба да бидат дополнително усовршени.

Наноосцилаторите со спин-Холов ефект се интересни за енергетски ефикасни безжични комуникации и за невроморфни компјутери, бидејќи можат да се синхронизираат во големи низи. Директното снимање на спинските бранови овозможува попрецизно разбирање на тоа како тие влијаат врз спојувањето и фазата на осцилациите.

Истражувањето открило и дополнителен ризик: долготрајното изложување на интензивни меки рендгенски зраци трајно ги променило магнетните својства на испитуваните примероци од ултратенок CoFeB и MgO. Бидејќи оваа комбинација се користи во спинтронски уреди наменети и за средини со високо зрачење, научниците сметаат дека нејзиното однесување во вселенски услови заслужува дополнително испитување.

Студијата е објавена во списанието Advanced Materials под наслов „Direct Observation of Propagating Spin Waves in a Spin Hall Nano-Oscillator“.