Hiệu ứng Doppler do dòng spin trên các sóng spin

Nếu bạn thích chạy xe nhanh, thế nào bạn cũng đối mặt với hiệu ứng dịch chuyển Doppler. Viên cảnh sát giao thông muốn đo tốc độ xe của bạn chỉ cần dùng một súng radar phát ra một sóng viba chiếu vào bạn, do sự chuyển động của bạn, tần số sóng phản xạ sẽ bị thay đổi cho phép đo chính xác vận tốc của bạn. Sự thay đổi này tần số này chính là hiệu ứng dịch chuyển Doppler với các sóng. Và mới đây, các nhà vật lí Pháp đã áp dụng mô hình hiệu ứng này ở một dạng khác để xác định một cách chính xác dòng điện tử phân cực spin đi qua một vật dẫn. Kỹ thuật này sẽ giúp ích rất nhiều trong việc phát triển các linh kiện spintronics, khai thác đồng thời spin và điện tích của điện tử trong các linh kiện điện tử mới hoạt động hữu hiệu hơn rất nhiều so với các linh kiện truyền thống (xem bài báo mới đăng trên Science 322 410).

Spintronics đang là một lĩnh vực nóng của khoa học và công nghệ nghiên cứu việc điều khiển và thao tác các dòng spin của điện tử mà ở đó spin của điện tử chỉ có thể hướng theo hai chiều lên hoặc xuống nhất định. Tuy nhiên, các nhà vật lí vẫn còn đau đầu với việc làm thế nào để có thể đo được dòng spin một cách đơn giản nhất. Hầu hết các kỹ thuật hiện tại đều liên quan đến việc đo đạc từ độ hoặc dòng điện, và đều hoặc đắt tiền hoặc rất phức tạp để có thể thao tác trên các linh kiện spintronics thực.

Hình 1. Nguyên lí của hệ đo sóng spin: Sử dụng một sóng spin tạo qua một ăng ten truyền qua miếng nhỏ Permalloy. Dòng spin truyền qua làm thay đổi tần số sóng spin và được ghi nhận bởi ăng ten thứ hai. Từ sự thay đổi này sẽ tính toán được dòng spin (Science 322 410).

Kỹ thuật mới được phát triển bởi nhóm Vincent Vlaminck và Mattieu Bailleul (Viện Hóa lí Vật liệu Strasbourg, Trung tâm Nghiên cứu Khoa học Quốc gia và Đại học Louis Pasteur) có thể cho phép đo được sự thay đổi tần số của sóng spin – một dạng thăng giáng từ tính có thể truyền qua một vật liệu. Phép đo được tiến hành bằng cách đặt hai ăng ten lên mặt của một miếng Permalloy (hợp kim sắt từ mềm của Ni và Fe) nhỏ có chiều rộng 2 µm. Một tín hiệu cao tần được phát qua một ăng ten, tạo ra một sóng spin có bước sóng khoảng 800 nm được truyền qua miếng Permalloy và được thu nhận bởi ăng ten thứ hai. Tiếp đó, một dòng spin được gửi qua permalloy theo cùng chiều với sóng spin và dòng spin này sẽ “kéo” các sóng spin làm thay đổi tần số sóng spin, và lượng thay đổi này sẽ tỉ lệ thuận với dòng spin. Ở đây, có thể hiểu đơn giản sóng spin là sự truyền các thăng giáng spin trong vật liệu sắt từ. Khi có sự thăng giáng spin ở một điểm, spin ở các điểm xung quanh sẽ bị thay đổi và truyền đi theo dạng sóng, gọi là sóng spin. Hạt trường của sóng spin là magnon.

Hình 2. Ảnh hưởng của dòng spin lên sóng spin (tần số bị dịch chuyển) và sự dịch chuyển này tỉ lệ thuận với cường độ dòng spin (Science 322 410).

Chuyên gia spintronics David Awshalom (Đại học California, Santa Barbara) đã mô tả quá trình này như một công cụ quan trọng trong lĩnh vực spintronics, một kỹ thuật hết sức tao nhã để có thể khảo sát các hệ sắt từ hoạt động bằng việc điều khiển sự vận chuyển của dòng spin phân cực. Vlaminck nói trên physicsworld.com rằng kỹ thuật này có thể mở rộng đến vùng sóng ngắn hơn mà ở đó các tương tác trao đổi lượng tử ở khoảng cách ngắn sẽ trở nên rõ nét. Nó sẽ giúp cho các nhà vật lí có thể hiểu được dòng spin bị ảnh hưởng như thế nào bởi sự thay đổi khoảng ngắn trong quá trình từ hóa của một vật liệu. Ví dụ như spin của một dòng điện tử có thể bị mất định hướng bởi từ độ địa phương và có thể hiểu được tầm quan trọng của sự mất định hướng này cho việc phát triển các linh kiện từ tính điều khiển bằng dòng điện tử.

Vạn lý Độc hành (Theo physicsworld.com & Science)

Gửi phản hồi

Mời bạn điền thông tin vào ô dưới đây hoặc kích vào một biểu tượng để đăng nhập:

WordPress.com Logo

Bạn đang bình luận bằng tài khoản WordPress.com Log Out / Thay đổi )

Twitter picture

Bạn đang bình luận bằng tài khoản Twitter Log Out / Thay đổi )

Facebook photo

Bạn đang bình luận bằng tài khoản Facebook Log Out / Thay đổi )

Google+ photo

Bạn đang bình luận bằng tài khoản Google+ Log Out / Thay đổi )

Connecting to %s

%d bloggers like this: