Спинтроника, использующая спин электронов вместо их заряда, обещает создание более быстрых и энергоэффективных устройств. Однако большинство спинтронных систем требуют магнитных полей для управления спином, что усложняет интеграцию в компактные устройства. Исследователи из Сингапурского университета технологии и дизайна (SUTD) предложили новый метод управления спином с помощью только электрического поля, что открывает путь к ультракомпактным спинтронным устройствам.
В основе метода лежит использование альтермагнитных материалов, где спины электронов направлены противоположно, нейтрализуя намагниченность. В двухслойной системе из сульфида хрома (CrS) электроны разделяются на слои с противоположными спинами. Применение электрического поля позволяет переключать спиновую поляризацию с эффективностью до 87% при комнатной температуре. Этот эффект, названный «слоевой спиновой блокировкой», устраняет необходимость в магнитных полях.
Исследование, опубликованное в журнале Materials Horizons, демонстрирует, как электрическое поле избирательно изменяет энергетические уровни слоев, управляя спиновыми токами. Это открытие может революционизировать вычисления, хранение данных и квантовые технологии. Следующий шаг — экспериментальная проверка и создание прототипов устройств.
Работа выполнена совместно с Гонконгским университетом науки и технологий, Пекинским технологическим институтом, Чжэцзянским университетом и A*STAR Singapore. Это исследование приближает эру сверхбыстрых и энергоэффективных спинтронных устройств.
Электрический ток, протекающий в альтермагнитном бислое CrS, может стать спин-поляризованным с помощью внешнего электрического поля, тем самым прокладывая путь к полностью электрическим спинтронным устройствам для будущих вычислительных технологий. Фото: SUTD.
Альтермагнитные материалы — это особый класс недавно открытых магнитных материалов, которые обладают уникальным свойством: спины электронов в их кристаллической структуре направлены в противоположные стороны, но при этом их расположение не является строго антипараллельным, как в антиферромагнетиках. Вместо этого спины образуют сложные неколлинеарные (непараллельные) конфигурации, что приводит к отсутствию макроскопической намагниченности, как в антиферромагнетиках, но с дополнительными особенностями.
Дополнительная информация: Rui Peng et al, All-electrical layer-spintronics in altermagnetic bilayers, Materials Horizons (2025). DOI: 10.1039/D4MH01509F