Elektryczne sterowanie zjawiskami magnetycznymi w nowych urządzeniach
Podstawą konwencjonalnej elektroniki jest ładunek elektronów. W spintronice, zwanej również magnetroniką, wykorzystywana jest kwantowa właściwość elektronów, określana mianem spinu, oraz związane z nią właściwości magnetyczne. Spin każdego elektronu może być zorientowany w jednym z dwóch kierunków — w górę lub w dół (przypomina to trochę bity, mogące przyjmować wartość jeden lub zero) — a w spintronice ta informacja jest wykorzystywana do przechowywania informacji oraz wykonywania operacji logicznych. Tego rodzaju urządzenia są awangardą nowych technologii i umożliwiają ulepszanie pamięci, uzyskiwanie większych szybkości, obniżenie zużycia energii oraz inne rozwiązania. Naukowcy przystąpili do realizacji finansowanego przez UE projektu Namaste ("Nanostructured magnetic materials for nanospintronics"), by umożliwić kontrolowanie i manipulowanie właściwościami materiałów magnetycznych w nanoskali, a tym samym utorować drogę do opracowania innowacyjnych urządzeń magnetronicznych i spintronicznych. Dokonano znaczących, przełomowych odkryć w wielu obszarach, co zaowocowało licznymi publikacjami w opiniotwórczych dziennikach, w tym w czasopiśmie Nature. W ramach projektu skoncentrowano się na efektach piezoelektrycznych (wytwarzanie prądu elektrycznego w materiałach poddanych obciążeniom mechanicznym) oraz na kontroli naprężeń. W celu zademonstrowania pełnej kontroli nad lokalnymi anizotropiami w nanostrukturach ferromagnetycznych posłużono się inżynierią naprężeń lokalnych. Naukowcy przedstawili zastosowanie naprężeń piezoelektrycznych w kontrolowaniu orientacji magnetycznej oraz dynamiki ściany domenowej w półprzewodnikowych urządzeniach ferromagnetycznych. Naprężenia piezoelektryczne posłużyły również do kontrolowania koercji w metalach ferromagnetycznych lub stosach piezoelektrycznych, a także umożliwiły zaprezentowanie po raz pierwszy indukowanej napięciem, stabilnej zmiany magnetyzacji metalu w zerowym polu magnetycznym w temperaturze pokojowej. Badania prowadzone w ramach projektu Namaste przyniosły kilka innych odkryć w dziedzinie spintroniki. Badacze odkryli nowe zjawisko fizyczne, zwane rezonansem magnetycznym indukowanym prądem elektrycznym, i wykorzystali je do pomiaru stałych anizotropii magnetycznej charakteryzujących poszczególne nanostruktury magnetyczne. Wyjaśnili charakter zjawiska anizotropowej magnetorezystancji blokady Coulomba i przedstawili pierwsze pomiary potencjału chemicznego anizotropii materiałów ferromagnetycznych. Ponadto zespół projektu Namaste jako pierwszy zaprezentował zjawisko tunelowania magnetorezystancji anizotropowej w temperaturze pokojowej oraz jego zastosowanie w urządzeniach antyferromagnetycznych. Spintronika może znaleźć zastosowanie we wszystkich najważniejszych elementach procedur przetwarzania informacji, takich jak pamięci masowe, procesory oraz elementy optoelektroniczne. Znaczne postępy, jakie zespół projektu Namaste poczynił w dziedzinie inżynierii oraz manipulowania właściwościami magnetycznymi, dzięki zastosowaniu podejścia teoretycznego, opracowanie innowacyjnych materiałów oraz scharakteryzowanie materiałów w skali atomowej to osiągnięcia, które przesunęły granice zaawansowanych technologicznie urządzeń nowej generacji.
