Spintronics dựa trên vật liệu phản sắt từ

Spintronics bắt đầu được phát triển dựa trên các thành tựu về hiệu ứng từ điện trở khổng lồ (từ điện trở khổng lồ, từ điện trở chui hầm…) và được dựa trên hai nền tảng vật liệu là các vật liệu sắt từ kim loại và vật liệu bán dẫn pha loãng từ[1]. Các phát triển gần đây của các linh kiện spintronics dựa trên hiệu ứng spin-transfer torque, như các bộ nhớ MRAM từ điện trở, các linh kiện vách đômenlinh kiện kết hợp với các tương tác quang,… cho thấy rằng hiện thực hóa các linh kiện spintronics chỉ còn là vấn đề thời gian (mặc dù các linh kiện dựa trên bán dẫn từ còn quá nhiều bế tắc do vấn đề vật liệu để có thể đi đến thực tế). Một hướng nghiên cứu mới về spintronics mới chỉ được phát triển trong một vài năm trở lại đây (tức là hầu như còn rất mới trong làng spintronics) là spintronics dựa trên các vật liệu phản sắt từ[2]. Đây là một ý tưởng hoàn toàn mới trong lĩnh vực này bởi trước đây ít ai nghĩ rằng các vách đômen hay đômen phản sắt từ có thể tồn tại trong các vật liệu phản sắt từ, cũng như vật liệu này có thể truyền tải các thông tin spin. Thế nhưng những khám phá mới đây về các đômen phản sắt từ[3] của các nhà khoa học Mỹ và Anh lại gợi lên ý tưởng cho các nhà nghiên cứu về một tương lai xa hơn của các linh kiện spintronics: sử dụng vật liệu phản sắt từ làm đối tượng chính.

Trong bài viết tổng quan định hướng cho tương lai ngành spintronics xuất bản trên tạp chí Philosophical Transactions of the Royal Society A, Yeong-Ah Soh and Ravi K. Kummamuru (hai nhà nghiên cứu đang làm việc tại Imperial College London, Vương quốc Anh và Đại học Dartmouth, Hoa Kỳ) đã giới thiệu những kết quả ban đầu của quá trình truyền tải spin trong màng mỏng Cr (một vật liệu phản sắt từ điển hình). Các hiệu ứng spin Hall và hiệu ứng từ điện trở được phát hiện và cho là liên quan đến sự thay đổi cấu hình từ độ trong vật liệu phản sắt từ (cấu hình mặc nhiên của chúng là các mômen từ định hướng đối song song và triệt tiêu nhau) và các hiệu ứng này có thể đo được với độ lớn tương đương với đóng góp về từ điện trở vách đômen trong các vật liệu sắt từ nano. Đồng thời, quá trình truyền sóng spin (spin wave) cũng được dự đoán trong các vật liệu sắt từ[4]. Trước đó, các kết quả này cũng đã được nhóm nghiên cứu công bố trên tạp chí Nature[5]. Đây là những kết quả ban đầu hết sức mới mẻ có thể là tiền đề cho các nghiên cứu trong tương lai mặc dù các hiệu ứng mới chỉ được ghi nhận ở dải nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ phòng. Rất có khả năng, một trào lưu nghiên cứu mới về spintronics dựa trên các quá trình truyền spin trong các vật liệu phản sắt từ sẽ được đẩy mạnh trong thời gian tới.

(a) Mặt phẳng Fermi trong màng mỏng Cr, (b) điện trở suất Hall và mật độ hạt tải phụ thuộc vào nhiệt độ (Kết quả của nhóm Soh và Kummamuru).

Toàn văn bài báo tổng quan: Yeong-Ah Soh and Ravi K. Kummamuru, “Spintronics in antiferromagnets”, Phil. Trans. R. Soc. A 28, 3646-3657 (2011).

Thêm về tạp chí Philosophical Transactions of the Royal Society A: Đây là series dành cho các vấn đề về khoa học vật lý, toán học và công nghệ của hệ thống tạp chí Philosophical Transactions of the Royal Society xuất bản bởi Hội Hoàng gia London (Hàn lâm Viện Vương quốc Anh). Đây là hệ thống tạp chí khoa học đầu tiên trên thế giới, được xuất bản lần đầu tiên vào năm 1665 theo mô hình tạp chí khoa học hiện đại: tức là xuất bản các tri thức khoa học dưới dạng các bài báo và sử dụng hệ thống phản biện khoa học chặt chẽ và nghiêm túc để đánh giá bài báo. Chỉ số ảnh hưởng (impact factor) của series A là 2,627, nhưng nó vẫn được xếp vào những tạp chí uy tín và khó đăng nhất thế giới.

 

Tham khảo

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s