Когда электрический ток течет сквозь тяжелые металлы вроде платины или тантала, электроны отделяются друг от друга на основании спина. Этот феномен называют эффектом Холла. Метод сегрегации зависит от свойств материала. Микроскопическая структура платины и других подобных металлов обладает своего рода зеркальной симметрией, которая ограничивает спиновые токи до поляризации спинов в одной плоскости.

Для выхода за пределы одной плоскости и достижение бесполевого переключения необходимо нарушить две зеркальных симметрии. «Электрический ток может „разбить“ зеркальную симметрию в платине вдоль одной плоскости, но ее кристаллическая структура не позволяет разрушить зеркальную симметрию во второй плоскости», — сказал Шивам Каджале, один из команды исследователей.

Команда ученых из MIT и других вузов уже пробовала разрушать вторую зеркальную плоскость при помощи слабого магнитного поля. Но на этот раз было решено воспользоваться материалом, структура которого позволяет обойтись без сторонней помощи.

Первым двухмерным материалом был ванн-дер-ваальсовый магнит, а в качестве второго исследователи выбрали дителлурид вольфрама с орторомбической кристаллической структурой. У него уже имелась одна сломанная зеркальная плоскость, так что, пустив ток параллельно этой плоскости, спиновой ток приобрел внеплоскостной компонент, который может напрямую индуцировать переключение в сверхтонких магнитах.

Запоминающие устройства и процессоры из магнитных материалов расходуют меньше энергии, чем традиционные кремниевые устройства. А ван-дер-ваальсовы магниты предлагают повышенную энергоэффективность и масштабируемость по сравнению с трехмерными материалами, пишет MIT News.

Плотность электрического тока, который используется для переключения магнита, соответствует количеству энергии, которое рассеивается при переключении. Чем ниже плотность, тем более эффективно материал расходует энергию. Новое устройство обладает одним из самых низких показателей плотности энергии среди ван-дер-ваальсовых магнитных материалов. В практическом применении это означает прирост энергоэффективности примерно в два раза.

Недавно в MIT разработали безбатарейный датчик с автономным питанием, который работает на энергии из окружающей среды. Такой датчик можно встроить в труднодоступное место, например, во внутреннюю часть корабельного двигателя. Там он может автоматически собирать данные, например, о температуре в течение очень длительного времени.