Мир науки и техники!

Мир Науки И Техники!
26 апреля 2015

Синхротрон помог измерить спин электрона со сверхвысокой частотой

Ученым удалось измерить спин электрона с экстремально высокой частотой – более 1 гигагерца, что открывает новые возможности для разработки спинтронных устройств, которые будут отличаться пониженным энергопотреблением и высоким быстродействием по сравнению с «обычной» электроникой.

Современные методы хранения и обработки информации основаны на использовании двух свойств электрона – его электрического заряда (в электрических цепях) и спина (в магнитных записывающих устройствах). В последнее время внимание инженеров и ученых все больше привлекает идея параллельно использовать и спин, и заряд электронов. Этот подход позволит увеличить емкость памяти и скорость работы, снизить потребление энергии.

Для решения этих задач необходим способ с высокой частотой измерять спин электрона. До сих пор частота измерений спина не превышала нескольких десятков мегагерц. Теперь исследователям из германского синхротронного центра DESY и университета Гамбурга удалось отследить колебания спина электрона с частотой примерно в 100 раз выше, что важно для современной электроники, в частности, для мобильных телефонов, которые работают на гигагерцовых частотах.

Группа под руководством Ларса Боклаге использовала эффект, известный как ядерное резонансное рассеяние. Суть его состоит в том, что если облучать атом рентгеновскими лучами определенной длины волны, то через короткий интервал времени они переизлучают его. Ученые решили выяснить, как этот эффект можно использовать для измерения спина.

Они поставили эксперимент с помощью источника синхротронного излучения PETRA III. Экстремальное излучение от него они направляли на 13-нанометровую ферромагнитную пленку из никеля и железа, сплава, который называется пермаллой. При этом использовался редкий изотоп 57Fe, в ядре которого на один нейтрон больше, чем у обычного изотопа железа.

Этот материал возбуждался внешним магнитным высокочастотным полем, который запускал прецессию спина. Измеряя рассеянное рентгеновское излучение ученые смогли измерить параметры прецессии.

«Спин оставляет “отпечатки пальцев” на фотонах, излучаемых изотопом железа», – объясняет Боклаге.

По его словам, разработанный им и его коллегами метод имеют множество применений в спинтронике и магнонинке, а также как для теоретических моделей, которые описывают эффекты, связанные со спином.