Vědci poprvé zobrazili spinové vlny uvnitř nanooscilátoru

Výzkumníci poprvé přímo zobrazili dynamiku magnetizace uvnitř jednoho spin Hallova nanooscilátoru. Měření tak nabídlo přímý pohled na dění v zařízení, jehož vnitřní magnetické procesy se jinak popisují především pomocí modelů a simulací.

Použitá metoda se jmenuje časově rozlišená skenovací transmisní rentgenová mikroskopie, zkráceně TR-STXM. Měření proběhlo na instrumentu MAXYMUS v laboratoři BESSY II. Časové rozlišení bylo kratší než perioda oscilací s frekvencí přibližně 6 GHz a prostorové rozlišení činilo několik desítek nanometrů.

Výsledky ukázaly, že se spinové vlny soustředily u obou hran nanokonstrikce. Nehrály přitom úplně fér: jejich amplituda byla výrazně asymetrická ve prospěch jedné hrany. Šíření bylo také silně anizotropní a probíhalo zejména kolmo k aplikovanému magnetickému poli.

Ani simulace se neobešly bez několika úprav. Shody s experimentem bylo možné dosáhnout až po zahrnutí hranic krystalických zrn, oslabení kolmé magnetické anizotropie po nanofabrikaci a Dzyaloshinského–Moriovy interakce.

Spin Hallovy nanooscilátory převádějí stejnosměrný proud na laditelný vysokofrekvenční signál. Studie je uvádí jako potenciální platformu pro energeticky úsporné mikrovlnné zdroje a neuromorfní vlnové výpočty. Praktické zařízení tedy zatím nedostalo kouzelnou nálepku „vyřešeno“, ale vědci získali přesnější obrázek o tom, co se v jeho nanorozměrné konstrukci skutečně děje.

Výzkum přinesl také méně pohodlnou poznámku k samotnému pozorování: při dlouhodobém ozáření intenzivním měkkým rentgenovým zářením se u zkoumané kombinace ultratenké vrstvy CoFeB a MgO magnetické vlastnosti vzorků postupně a trvale měnily. Rentgenový mikroskop tak v tomto případě nebyl jen nestranným svědkem, ale sledoval systém, jehož vlastnosti se během dlouhého ozáření měnily.