La spintronique est un domaine de recherche émergent qui vise à développer des dispositifs qui transmettent, traiter et stocker des informations en exploitant le moment angulaire intrinsèque des électrons, connu sous le nom de rotation. Un objectif clé des études de spintronique est d'identifier des stratégies pour utiliser des isolants magnétiques pour réaliser le transport de signaux sur de longues distances.

Les isolants magnétiques sont une classe de matériaux largement utilisés dans le monde, principalement en raison de leur capacité à conduire des charges électriques. Tout comme les métaux conduisent les charges électriques, les isolants magnétiques peuvent conduire des spins. Néanmoins, comme les spins sont rarement conservés dans les matériaux et ont tendance à disparaître sur de longues distances, jusque là, l'utilisation d'isolateurs magnétiques pour réaliser un transport à longue distance s'est avérée très difficile.

Des chercheurs ont récemment démontré le transport à longue distance des hérissons magnétiques, Structures de spin topologiques 3-D qui sont souvent observées dans les aimants communs. Leur travail, décrit dans un article publié dans Lettres d'examen physique , pourrait avoir des implications importantes pour le développement de dispositifs spintroniques.

"Notre idée est de recourir à des textures de spin topologiques plutôt que des spins eux-mêmes à des fins de transport à longue distance, " Shu Zhang, l'un des chercheurs qui a mené l'étude, dit Phys.org. "Le hérisson magnétique est un type de texture de spin topologiquement protégée qui sort génériquement dans des aimants tridimensionnels. Notre travail montre que le courant de hérisson est une quantité bien conservée et peut être explorée pour réaliser un transport à longue distance dans des isolants magnétiques."

L'étude récente de Zhang et ses collègues est basée sur une construction théorique connue sous le nom de loi de conservation topologique, ce qui a permis aux chercheurs de tirer parti de l'idée d'hydrodynamique des textures topologiques de spin. Cette idée a déjà été explorée dans une série d'études dirigées par le physicien Yaroslav Tserkovnyak.

"La principale approche théorique que nous avons appliquée dans notre étude est la théorie classique des champs, " a expliqué Zhang. " Nous décrivons la distribution spatio-temporelle des spins comme un champ vectoriel continu, au-dessus desquelles les textures topologiques et leurs courants peuvent être définis et étudiés. Nous avons constaté que la description mathématique des courants de hérisson porte en fait une analogie avec la théorie des champs la plus renommée, celui de l'électromagnétisme."

Lorsqu'ils ont entrepris d'enquêter sur le transport à longue distance, Zhang et ses collègues ont spécifiquement considéré une configuration expérimentalement réalisable « typique », dans lequel un courant de hérisson est injecté et détecté à l'aide de contacts métalliques fixés aux deux extrémités d'un aimant. Dans leur papier, ils proposent que dans ce scénario, un aimant pourrait être vu comme un conducteur qui transporte le courant de textures de spin topologiques avec une conductance finie. Cette idée met finalement en évidence le potentiel de l'utilisation d'isolateurs magnétiques pour réaliser un transport sur de longues distances.

"Je pense qu'il est très excitant d'envisager la possibilité que des isolateurs magnétiques ordinaires puissent être utilisés pour le transport à longue distance, " a déclaré Zhang. " Cela rendra possible la réalisation de divers circuits de spin avec une efficacité énergétique élevée en raison de l'absence de chauffage Joule. "

À l'avenir, l'étude pourrait inspirer d'autres équipes de recherche à approfondir la dynamique de transport des textures de spin topologiques, notamment celles des hérissons magnétiques, qui sont largement disponibles. Le développement de stratégies efficaces pour contrôler ces dynamiques ouvrirait à terme de nouvelles possibilités pour permettre la transmission d'informations à longue distance dans des dispositifs spintroniques utilisant des matériaux magnétiques 3-D.

"Nous espérons voir bientôt nos idées testées expérimentalement, " a déclaré Zhang. "Notre travail actuel est basé sur des considérations classiques ou semi-classiques de spins. À l'avenir, il serait intéressant de voir comment les textures topologiques de spin pourraient contribuer au transport dans les aimants quantiques."

© 2021 Réseau Science X