Недавнее исследование обнаружило «орбитальный эффект Холла» — явление, которое может значительно улучшить хранение данных в будущих вычислительных устройствах. Это открытие предполагает выработку электрической энергии за счет орбитального движения электронов, обеспечивая потенциальные достижения в области спинтроники, которые приведут к созданию более эффективных, быстрых и надежных магнитных материалов.

В ходе нового прорыва исследователи использовали новую технику для подтверждения ранее необнаруженного физического явления, которое можно использовать для улучшения хранения данных в вычислительных устройствах следующего поколения.

Спинтронная память, используемая в современных компьютерах и спутниках, использует магнитные состояния, генерируемые собственным угловым моментом электронов, для хранения и поиска данных. В соответствии с физическим движением электронов, вращение электронов создает магнитные токи. Это известно как «спиновый эффект Холла» и является ключевым применением магнитных материалов во многих различных областях, от маломощной электроники до фундаментальной квантовой механики.

Недавно ученые обнаружили, что электроны также могут генерировать электрический ток посредством второго вида движения: орбитального углового момента, аналогичного орбите Земли вокруг Солнца. Это называется «орбитальным эффектом Холла», — сказал соавтор исследования Роланд Каваками, профессор физики Университета штата Огайо.

Теоретики предсказывают, что при использовании легких переходных металлов — материалов с более слабыми спиновыми токами Холла — будет легче обнаружить магнитные токи, генерируемые орбитальным эффектом Холла. Но это исследование, проведенное аспирантом-физиком Игорем Лялиным и опубликованное в журнале Physical Review Letters, показывает способ наблюдать этот эффект.

«Различные эффекты Холла были обнаружены на протяжении десятилетий», — сказал Каваками. «Но эти орбитальные токи на самом деле представляют собой новую концепцию. Трудность в том, что они смешаны со спиновыми токами в типичных тяжелых металлах, и их трудно различить».

Вместо этого команда Каваками продемонстрировала орбитальный эффект Холла, обнаружив потенциальное накопление орбитального углового момента атомов металла путем отражения поляризованного света (в данном случае лазерного света) на различные тонкие пленки легкого металлического хрома. После почти года кропотливых измерений исследователи обнаружили четкие магнитооптические сигналы, показывающие, что электроны, собранные на одном конце пленки, демонстрируют сильные характеристики орбитального эффекта Холла.

«Это успешное обнаружение может оказать огромное влияние на будущие приложения спинтроники», — сказал он. «Концепция спинтроники существует уже около 25 лет, и, хотя она отлично зарекомендовала себя в различных приложениях памяти, сейчас люди пытаются идти дальше. Одной из важнейших целей в этой области сейчас является снижение энергопотребления, поскольку это ограничивающий фактор в повышении производительности».

Сокращение общего количества энергии, необходимой для хорошей работы будущих магнитных материалов, потенциально может позволить снизить энергопотребление, повысить скорость и надежность, а также помочь продлить срок службы технологии. Использование орбитальных токов вместо спиновых токов может в долгосрочной перспективе сэкономить время и деньги.

Исследователи отмечают, что это исследование открывает путь к дальнейшему пониманию того, как эти странные физические явления происходят в других видах металлов, и они надеются продолжить изучение сложной связи между спиновым эффектом Холла и орбитальным эффектом Холла.

Ссылка: «Магнитооптическое обнаружение орбитального эффекта Холла в хроме», Игорь Лялин, Саназ Алиха, Марко Берритта, Питер М. Оппенир и Роланд К. Каваками, 11 октября 2023 г., «Physical Review Letters».

DOI:10.1103/PhysRevLett.131.156702

Источник составления: ScitechDaily.