Спінтроніка - це нова галузь наукових досліджень, спрямована на розробку пристроїв, які передають, обробляють і зберігають інформацію, використовуючи власний кутовий момент електронів, відомий як спин. Ключовою метою досліджень спінтроніки є визначення стратегій використання магнітних ізоляторів для передачі сигналів на великі відстані.
У свою чергу, магнітні ізолятори - це клас матеріалів, широко використовуваних у всьому світі, в основному через їх здатність проводити електричні заряди. Так само, як метали проводять електричні заряди, магнітні ізолятори можуть проводити спини. Тим не менш, оскільки спини рідко зберігаються в матеріалах і мають тенденцію зникати на великих відстанях, досі використання магнітних ізоляторів для досягнення перенесення на великі відстані здавалося складним завданням.
Нещодавно дослідники продемонстрували перенесення на великі відстані магнітних «їжаків», тривимірних топологічних спинових структур, які часто спостерігаються в звичайних магнітах. Результати проведених досліджень знайдуть застосування в розробці пристроїв, що підтримують ідеї спинтроніки.
"Наша ідея полягає в тому, щоб використовувати топологічні спинові текстури, а не самі спини, з метою перенесення на великі відстані, - розповіла Шу Чжан, один з дослідників. - Магнітний «їжачок» - один з типів топологічно захищеної спинової текстури, яка зазвичай існує в тривимірних магнітах. Наша робота показує, що "їжачий" струм є добре збереженою величиною і може бути досліджений для досягнення перенесення на великі відстані в магнітних ізоляторах ".
Дослідження Чжан і її колег засноване на теоретичному постулаті, відомому як топологічний закон збереження, яка дозволила дослідникам використовувати ідею гідродинаміки топологічних спинових текстур. Ця ідея раніше була досліджена в серії досліджень під керівництвом фізика Ярослава Церковняка.
"Основний теоретичний підхід, який ми застосували в нашому дослідженні, - це класична теорія поля, - пояснила Чжан. Ми описуємо просторово-часовий розподіл спинів як безперервне векторне поле, поверх якого можна визначати і вивчати топологічні текстури та їх струми. Математичний опис "їжачних" струмів підпорядковується принципам теорії електромагнетизму ".
Дослідники використовували експериментальну установку, в якій струм «їжака» вводиться і виявляється за допомогою металевих контактів, прикріплених до двох кінців магніту. У цьому сценарії магніт можна було розглядати як провідник, що переносить струм топологічних спинових текстур з кінцевою провідністю. Ця концепція відкриває величезний потенціал використання магнітних ізоляторів для транспортування на великі відстані.