Монополи фазы Берри применили для создания высокотемпературных спинтроников

Спинтроники — это электронные устройства, использующие спин электронов, то есть внутреннюю форму углового момента, которым обладает электрон, для достижения высокой скорости обработки и недорогого хранения данных.

В этой связи спин-трансферный момент является ключевым явлением, позволяющим создавать сверхбыстрые и маломощные спинтронные устройства. Однако в последнее время спин-орбитальный момент (SOT) стал перспективной альтернативой спин-трансферному моменту.

Многие исследователи изучали происхождение SOT, показав, что в немагнитных материалах явление, называемое спиновым эффектом Холла (SHE), является ключевым для достижения SOT. В этих материалах наличие структуры «полосы Дирака» — особого расположения электронов с точки зрения их энергии — важно для достижения большого SHE. Это связано с тем, что структура полосы Дирака содержит „горячие точки“ для фазы Берри, квантового фазового фактора, ответственного за внутреннюю SHE. Таким образом, материалы с подходящими „горячими точками“ для фазы Берри являются ключом к созданию SHE.

В этом контексте материал силицид тантала (TaSi2) представляет большой интерес, так как в его полосовой структуре есть несколько точек Дирака вблизи уровня Ферми, что позволяет использовать фазу Берри в инженерных целях. Чтобы продемонстрировать это, группа исследователей под руководством доцента Фам Нам Хая с факультета электротехники и электроники Токийского технологического института (Tokyo Tech), Япония, недавно изучила влияние горячих точек полосы Дирака на температурную зависимость SHE в TaSi₂.

Работа с монополями фазы Берри — интересное направление исследований, поскольку оно может привести к созданию эффективных высокотемпературных спинтронных устройств SOT, таких как магниторезистивная память с произвольным доступом, — объясняет доктор Хай важность своего исследования.

Результаты исследования были опубликованы в журнале Applied Physics Letters.

Проведя различные эксперименты, команда заметила, что эффективность SOT TaSi₂ практически не изменилась от 62 K до 288 K, что было похоже на поведение обычных тяжелых металлов. Однако при дальнейшем повышении температуры эффективность SOT внезапно возросла и почти удвоилась при 346 K. Более того, аналогичным образом увеличился и соответствующий спиновый эффект Холла. Примечательно, что это сильно отличалось от поведения обычных тяжелых металлов и их сплавов. Проведя дальнейший анализ, исследователи объяснили внезапное увеличение SHE при высоких температурах монополями фазы Берри.

Эти результаты дают возможность разработать стратегию повышения эффективности SOT при высоких температурах с помощью монополей фазы Берри, — подчеркивает доктор Хай.

Действительно, их исследование подчеркивает потенциал инженерии монополей фазы Берри для эффективного использования SHE в немагнитных материалах и открывает новый путь для разработки высокотемпературных, сверхбыстрых и маломощных устройств SOT-спинтроники.

05.01.2024