В трехмерном магнитном изоляторе разграниченные магнитные «ежики и «антиежики» движутся в противоположном направлении, в результате чего возникает чистый «ежовый» ток, который может переноситься на большие расстояния. Об этом рассказали в журнале Physical Review Letters.
Спинтроника — это новая область научных исследований, направленная на разработку устройств, которые передают, обрабатывают и хранят информацию, используя собственный угловой момент электронов, известный как спин. Ключевой целью исследований спинтроники является определение стратегий использования магнитных изоляторов для передачи сигналов на большие расстояния.
В свою очередь, магнитные изоляторы — это класс материалов, широко используемых во всем мире, в основном из-за их способности проводить электрические заряды. Так же, как металлы проводят электрические заряды, магнитные изоляторы могут проводить спины. Тем не менее, поскольку спины редко сохраняются в материалах и имеют тенденцию исчезать на больших расстояниях, до сих пор использование магнитных изоляторов для достижения переноса на большие расстояния казалось сложной задачей.
Недавно исследователи продемонстрировали перенос на большие расстояния магнитных «ежей», трехмерных топологических спиновых структур, которые часто наблюдаются в обычных магнитах. Результаты проведенных исследованию найдут применение в разработке устройств, поддерживающих идеи спинтроники.
«Наша идея состоит в том, чтобы использовать топологические спиновые текстуры, а не сами спины, с целью переноса на большие расстояния, — рассказала Шу Чжан, один из исследователей. — Магнитный «ежик» — один из типов топологически защищенной спиновой текстуры, которая обычно существует в трехмерных магнитах. Наша работа показывает, что “ежовый” ток является хорошо сохраняемой величиной и может быть исследован для достижения переноса на большие расстояния в магнитных изоляторах».
Исследование Чжан и ее коллег основано на теоретическом постулате, известном как топологический закон сохранения, которая позволила исследователям использовать идею гидродинамики топологических спиновых текстур. Эта идея ранее была исследована в серии исследований под руководством физика Ярослава Церковняка .
«Основной теоретический подход, который мы применили в нашем исследовании, — это классическая теория поля, — пояснила Чжан. Мы описываем пространственно-временное распределение спинов как непрерывное векторное поле, поверх которого можно определять и изучать топологические текстуры и их токи. Математическое описание “ежовых” токов подчиняется принципам теории электромагнетизма».
Исследователи использовали экспериментальную установку, в которой ток «ежа» вводится и обнаруживается с помощью металлических контактов, прикрепленных к двум концам магнита. В этом сценарии магнит можно было рассматривать как проводник, переносящий ток топологических спиновых текстур с конечной проводимостью. Эта концепция открывает огромный потенциал использования магнитных изоляторов для транспортировки на большие расстояния.