Исследователи из Forschungszentrum Jülich создали первый в мире экспериментально подтверждённый двумерный полуметалл — материал, который проводит электричество с помощью электронов только одного типа спина: либо «спин-ап», либо «спин-даун». Их выводы, опубликованные в журнале Physical Review Letters, знаменуют собой прорыв в поиске материалов, обеспечивающих энергоэффективность спинтронных технологий, выходящих за рамки традиционной электроники.
Полуметаллы — ключ к спинтронке. В отличие от традиционных проводников, полуметаллы пропускают только один тип ориентации спина. Это делает их идеальными кандидатами для спинтронных технологий — информационных технологий нового поколения, использующих как заряд, так и спин электронов для хранения и обработки данных. В традиционной электронике используется только заряд.
Однако все известные полуметаллы работают только при ультранизких температурах и теряют свои особые свойства на поверхности, что ограничивает их использование. Это было до сих пор, пока команда из Forschungszentrum Jülich не создала двумерный полуметалл в виде ультратонкого сплава железа и палладия толщиной всего в два атома на кристалле палладия.
Используя современную технику визуализации, называемую спиновой микроскопией с разрешением по импульсу, они показали, что сплав пропускает только один тип спина, подтвердив давно искомое двумерное полуметаллическое состояние.
«Примечательно, что материалу не требуется идеальная кристаллическая структура, что является серьёзным преимуществом для промышленного производства. Его особые электронные свойства можно точно настроить, регулируя содержание железа», — объясняет Синь Лян Тан, доктор философии в группе доктора Кристиана Туше в Институте Петера Грюнберга (PGI-6).
Открытие также опровергает давнее предположение о том, что спин-орбитальная связь — взаимодействие между спином электрона и его движением — препятствует полуметаллическим свойствам. «Вместо этого, когда спин-орбитальная связь тщательно сбалансирована с магнитным обменом от атомов железа, она помогает реализовать этот эффект, как мы смогли показать», — добавляет доктор Ин-Джиун Чен из Центра Эрнста Руски по микроскопии и спектроскопии с электронами (ER-C-1) в Forschungszentrum Jülich.
Новый материал может служить основой для спинтронных компонентов, таких как спиновые фильтры и системы спин-орбитального крутящего момента, которые имеют решающее значение для переключения магнитных состояний в микросхемах памяти. Поскольку он остаётся эффективным до комнатной температуры и хорошо интегрируется с тонкоплёночными технологиями, сплав открывает многообещающий путь к практическому применению.
Кроме того, материал демонстрирует редкую особенность: его спиновая поляризация направлена противоположно направлению намагниченности — явление, которое может открыть новые возможности в наномасштабных магнитных устройствах.
Предоставлено Центром научных исследований в Юлихе (Jülich Research Centre)