Ученые из Майнцского университета имени Иоганна Гутенберга впервые смогли напрямую использовать орбитальные токи без необходимости их преобразования в спиновые, совершив прорыв в разработке новой электроники. Статья опубликована в журнале Science.
Орбитроника является одной из самых перспективных технологий для будущих устройств памяти. Она базируется на орбитальных моментах — квантово-механических «вихрях» электронов вокруг атомных ядер, и позволяет создавать масштабные носители информации с экстремально низким энергопотреблением.
До сих пор главным недостатком технологии было то, что для записи или чтения данных орбитальные токи приходилось конвертировать в спиновые. Теперь исследователям удалось напрямую связать подвижные орбитальные моменты с локализованными моментами в магните, что, по словам доктора Кристин Шмитт, является настоящей вехой в физике.
В качестве модельной системы международная команда использовала оксид кобальта — изолирующий антиферромагнетик со слоем меди, на поверхности которой образовался оксид меди. Орбитальные токи формировались в медном слое и распространялись к кобальту.
Сигналы в сотни раз сильнее
В зависимости от того, как орбитальные моменты в меди и кобальте выстраиваются относительно друг друга, система кодирует информацию в виде «0» или «1». Сравнив эту систему с традиционной, где информация читается с помощью чистых спиновых токов, исследователи зафиксировали колоссальную разницу.
Новая орбитронная система позволила увеличить результирующий сигнал на два порядка (в 100 раз) по сравнению с классической спинтроникой. Более того, орбитальный ток взаимодействует с оксидом кобальта совершенно иным образом, не просто имитируя спиновый ток, а активируя скрытые свойства антиферромагнетика.
В перспективе, антиферромагнитные материалы с сильными орбитальными свойствами станут отличной платформой для устройств будущего. Они помогут создать вычислительные технологии, которые будут потреблять минимум энергии, решая глобальные проблемы нехватки ресурсов и изменения климата.
Ранее физики нашли способ заставить материалы проводить ток без потерь при более высоких температурах и магнитных полях.
