Спинтронные устройства основаны на использовании для записи и чтения информации квантовой характеристики – спина электрона. Но для практического применения этой технологии необходимо, прежде всего, понять, как сделать спин надежным носителем компьютерного кода. Как сообщается в номере Nature Communications от 28 августа, ученые из Брукхэйвенской Национальной лаборатории Минэнергетики США добились прорыва в этом направлении, сумев измерить ключевой параметр спинтроники – неадиабатический магнитный момент – с беспрецедентной доселе степенью точности.

«Прежде никто не мог измерить магнитный момент достаточно точно, чтобы детально сопоставить данные экспериментов и математического моделирования, – комментирует сотрудник Брукхэвенской лаборатории Имэй Чжу (Yimei Zhu). – Точно отображая спиновые орбиты специализированным трансмиссионным электронным микроскопом в Брукхэйвене, мы добились действительно фундаментального понимания, что будет иметь немедленные последствия для прогресса электронных устройств».

Измерения магнитного вихря позволили выяснить «потолок» скорости спинтронных устройств

В эксперименте физики пропускали высокочастотный электрический ток сквозь пленку толщиной 50 нм из пермаллоя (сплава железа и никеля с высокой магнитной проницаемостью). Этот материал служил для удержания любого сгенерированного магнитного поля. Лишенные выхода электронные спины в пермаллое взаимодействовали между собой, порождая наблюдаемый и измеряемый эффект – магнитное вихревое ядро, подобное воронке, возникающей на поверхности кофе при его размешивании в чашке.

Движение вихревого ядра – это кумулятивный эффект действия трех различных видов энергии: индуцированного током магнитного поля и генерируемых электронами адиабатического и неадиабатического магнитных моментов. Измеряя этот микрометрический эффект ученые смогли определить точную величину вклада неадиабатического момента в создание воронки. Новый подход отличался пространственным разрешением, достаточным чтобы превзойти все предыдущие методики, дававшие слишком большие ошибки измерений.

Полученные показания имеют особенно большое значение, поскольку позволяют установить фундаментальный предел быстроты манипулирования данными в спинтронных устройствах. Транслировать это в реальные характеристики процессоров и запоминающих устройств, предстоит ученым и инженерам, создающим следующие поколения цифровой техники.