Ferrimagnets, farklı atomların manyetik anlarının birbirlerini kısmen iptal ettiği ve zengin bir iç yapı oluşturduğu özel bir mıknatıs türüdür. Manyeto-optik cihazlardan spin tabanlı elektroniklere kadar teknolojilerde yaygın olarak kullanılmaktadır.
Son çalışmamda yayınlanan Fizik Dergisi D: Uygulamalı FizikFerrimagnets içindeki spin dalgalarının – magnon olarak da bilinen mıknatıslanma kollektif dalgalanmaları – yarı iletkenlerde elektronlara ve deliklere çarpıcı bir şekilde benzer bir şekilde davrandığını gösteriyorum. Fotonlar veya eksiton-polaritonlar gibi diğer bosonik parçacıklar da bant yapılarına sahip olsa da, ferrimanyetik magnonların öne çıktığını görüyorum çünkü taşıma rolü doğrudan yarı iletken taşıyıcılara paralel hale getiriyor.
Buradaki en önemli etkilerden biri, spin seebeck efektidir – termoelektriklerdeki tanıdık Seebeck efektinin spin mevcut versiyonu. Yarı iletkenlerde, Seebeck sabiti, elektronların veya deliklerin baskın olup olmadığına bağlı olarak pozitif veya negatif olabilir. Ferrimagnets’in aynı şekilde çalıştığını görüyorum: sağ elle ve solak magnonların her biri zıt işaretlerle spin akımlarına katkıda bulunuyor.
Yeni bir tazminat yorumu
Gadolinium Demir Garnet gibi ferrimagnetler, bir sıcaklık gradyanına maruz kaldığında bir spin akımı üretebilir, bu da onları spin tabanlı bilgi teknolojileri için yararlı hale getirir. Anahtar bir bulmaca, bu spin akımının kaybolduğu nokta, tazminat sıcaklığı olmuştur. Birçok araştırmacı bunu magnon modlarının basit bir geçişi olarak açıkladı.
Farklı bir yorum sunuyorum. Tazminat, spektral bir geçişten kaynaklanmaz. Bunun yerine, sağ ve solak magnonlardan gelen katkıların kesin bir iptalinden gelir. Her biri elektronların veya deliklerin spin-dalga eşdeğeri gibi davranır ve dengeleri tazminat noktasını belirler.
Ferrimagnets’i neden yarı iletkenlerle karşılaştırın?
Yarı iletkenlerde akım, karşıt olarak katkıda bulunan hem elektronlardan hem de deliklerden gelir. Ferrimagnets’in aynı davranışı gösterdiğini gösteriyorum: sağ elini kullanan magnonlar elektron gibi davranıyor, delikler gibi solak magnonlar. Spektrumları, sadece yarı iletken bant boşluğu gibi bir boşlukla ayrılmış pozitif ve negatif frekans dallarını bile gösterir. Ve daha da önemlisi, bu benzetme sadece matematiksel değildir. Doğrudan spin seebeck voltajı gibi ölçülebilir taşıma sinyallerinde görünür.
Sıcaklık ne rol oynar?
Sıcaklığın hangi magnonların hakim olduğuna karar verdiğini düşünüyorum. Yüksek sıcaklıklarda, sağ elini kullanan magnonlar akımın çoğunu taşır. Sistem soğudukça, katkıları bir magnon boşluğu tarafından bastırılırken, solak magnonlar ana taşıyıcılar olarak ortaya çıkar. Spin akımı, yarı iletkenlerde elektron deliği telafisinin bosonik analogu olan iptal ettikleri tam sıcaklıkta kaybolur.
Bu deneyler nasıl eşleşiyor?
Anlaşma çok iyi. Gadolinyum demir garnetindeki deneyler iki telafi noktası gösterir: biri 250 K yakınında mıknatıslanmanın iptal edildiği ve spin akımının ortadan kaybolduğu yaklaşık 70-80 K daha düşük. Modelim bu oranı neredeyse tam olarak yeniden üretiyor ve tazminatın mod geçişleri yerine rakip magnon katkılarından geldiğini gösteriyor.
Daha geniş çıkarımlar nelerdir?
Ferrimagnets’i Bosonic Semiconductors olarak ele alarak, spin taşımacılığını anlamak için yeni bir çerçeve sunuyorum. Bu yaklaşım, spin-kaloritronikteki önemli bir bulmacayı açıklığa kavuşturur ve cihazlar için yeni tasarım kuralları önerir. Tıpkı yarı iletken fiziği modern elektronikleri desteklediği gibi, bu bosonik benzetmenin düşük güçlü bilgi işlem, algılama ve enerji hasadı için ısıyı spin sinyallerine dönüştüren teknolojilerin geliştirilmesine rehberlik edebileceğine inanıyorum.
Bu hikaye, araştırmacıların yayınlanmış araştırma makalelerinden bulguları rapor edebilecekleri Science X iletişim kutusunun bir parçasıdır. Science X iletişim kutusu ve nasıl katılacağınız hakkında bilgi için bu sayfayı ziyaret edin.
