Le développement de nanodispositifs magnétiques innovants se rapproche de la réalité grâce à l'observation par les physiciens de RIKEN d'un type de rotation qui peut être réalisé dans des matériaux constitués d'éléments légers.

La possibilité d'utiliser des courants électriques pour faire tourner des pièces mécaniques en rotation a conduit au développement de moteurs électriques et a provoqué une explosion des appareils électriques. Maintenant, les physiciens essaient de faire la même chose mais à l'échelle nanométrique. Cependant, le développement de nanodispositifs magnétiques innovants nécessite la génération électrique efficace de rotation, ou couple.

D'habitude, Le couple est généré dans les systèmes magnétiques en convertissant la charge électrique en spin en utilisant la forte interaction spin-orbite d'une couche de métal lourd. Le courant de spin résultant est ensuite injecté dans les couches ferromagnétiques adjacentes. Mais les matériaux d'éléments lourds sont souvent incompatibles avec des processus de production évolutifs, et leur haute résistance les rend impropres à certaines applications.

Une proposition théorique récente a suggéré que le couple pourrait être produit en injectant un moment angulaire orbital dans des couches ferromagnétiques. Le moment angulaire orbital peut être généré en faisant passer un courant électrique à travers des matériaux d'éléments légers. Il peut ensuite être converti en spin par l'interaction spin-orbite d'une couche ferromagnétique. Ce type de couple est appelé couple orbital, et il peut être similaire en amplitude au couple induit par l'injection de spin.

Maintenant, Junyeon Kim, YoshiChika Otani et ses collègues du RIKEN Center for Emergent Matter Science, avec des collaborateurs internationaux, ont réalisé une génération de couple aussi efficace dans des systèmes à trois couches composés d'une couche ferromagnétique, une couche de cuivre et une alumine (Al 2 O 3 ) couche.

Dans ce système, le moment angulaire orbital est généré à l'interface cuivre-alumine puis transporté par la couche de cuivre jusqu'à la couche ferromagnétique, où il est converti en spin.

Alors que l'efficacité de génération de couple de ce système rivalisait avec celle des matériaux contenant des éléments lourds, la physique sous-jacente est fondamentalement différente. L'équipe a découvert que l'efficacité de génération de couple variait de deux ordres de grandeur lorsque différentes couches ferromagnétiques étaient utilisées. Ceci est très différent du comportement des systèmes d'injection de spin, confirmant qu'un nouveau type de couple est à l'œuvre.

Un CoFe/Cu/Al 2 O 3 système tricouche - celui qui a donné les meilleurs résultats - a montré une conductivité Hall de spin efficace, qui est proportionnel au rendement de génération de couple, dix fois plus grande que celle observée dans les matériaux à éléments lourds. Cette conductivité de spin exceptionnelle se traduira par un fonctionnement économe en énergie et une cyclabilité élevée grâce à une production réduite de chaleur résiduelle. Ces résultats élargissent les choix de matériaux pour les nanodispositifs magnétiques, promettant des rendements remarquables et la possibilité d'une production en série.