प्लैटिनम की सतह बाहरी चुंबकीय क्षेत्र के बिना बिट पलटने में कैसे मदद करती है

चुंबकीय मेमोरी के एक बिट को सरल रूप में बहुत छोटी कम्पास-सुई की तरह समझा जा सकता है। चुंबकीकरण—परमाणुओं के चुंबकीय आघूर्णों की सामूहिक व्यवस्था—की दो स्थिर दिशाएँ 0 और 1 दर्शाती हैं। मैग्नेटोरेज़िस्टिव रैंडम-एक्सेस मेमोरी, यानी MRAM, में डेटा लिखने का अर्थ इस दिशा को पलटना है। चिप की सतह के लंबवत, ऊपर या नीचे, चुंबकीकरण अधिक घने बिट और स्थिर डेटा-संग्रह में सहायक है।

स्पिनट्रॉनिक्स इस पलटाव के लिए इलेक्ट्रॉन के आवेश के साथ उसके स्पिन का भी उपयोग करती है। स्पिन कोणीय संवेग से जुड़ा एक अंतर्निहित क्वांटम गुण है; इसका अर्थ यह नहीं कि इलेक्ट्रॉन सचमुच घूमती हुई छोटी गेंद है। विद्युत धारा आवेश ले जाती है, जबकि स्पिन धारा सामूहिक स्पिन अभिविन्यास ले जाती है और चुंबकीय परत को कोणीय संवेग देकर उसकी दिशा बदलने वाला टॉर्क पैदा कर सकती है।

लक्ष्य ऐसा विद्युत टॉर्क बनाना है जो विश्वसनीय रूप से तय करे कि बिट अंत में ऊपर होगा या नीचे। बाहरी चुंबकीय क्षेत्र दिशा चुनने में मदद कर सकता है, लेकिन अरबों नैनोमीटर आकार के घटकों के आसपास अलग-अलग क्षेत्र बनाना और नियंत्रित करना सर्किट को जटिल बनाता है। इसलिए बिना बाहरी क्षेत्र के निश्चित स्विचिंग तेज, नॉन-वॉलेटाइल और संभावित रूप से ऊर्जा-कुशल चुंबकीय मेमोरी का महत्वपूर्ण लक्ष्य है।

प्लैटिनम में मजबूत स्पिन–ऑर्बिट कपलिंग होती है: पदार्थ में इलेक्ट्रॉन की गति उसके स्पिन अभिविन्यास से जुड़ती है। स्पिन Hall प्रभाव के जरिए प्लैटिनम में बहती आवेश धारा अनुप्रस्थ स्पिन धारा बना सकती है। दो दिशाएँ अलग हैं—स्पिन धारा किस ओर बहती है और उसमें मौजूद स्पिन किस ओर संकेत करते हैं, जिसे ध्रुवण कहते हैं। सामान्य प्लैटिनम की ऊँची क्रिस्टलीय सममिति कुछ घटकों को रद्द कर देती है और मुख्यतः समतल ध्रुवण छोड़ती है, जो लंबवत चुंबक को अकेले निश्चित रूप से नहीं पलट सकता।

Hongliang Chen, Zi-An Wang और सहयोगियों ने प्लैटिनम को किसी अनोखे पदार्थ से नहीं बदला; उन्होंने उसकी क्रिस्टलीय सतह की समाप्ति बदली। उन्होंने एपिटैक्सियल पतली फ़िल्में बनाईं, जिनमें परमाणु नीचे के क्रिस्टल के अनुसार क्रमबद्ध बढ़ते हैं। (n10), जहाँ n 2 से 4 है, का अर्थ (210), (310) और (410) क्रिस्टलीय अभिविन्यास है—क्रिस्टल के अलग-अलग खुले तल। इन उच्च-सूचकांक सतहों में सामान्य (010) या (100) सतहों से कम सममिति होती है।

असममित इंटरफ़ेस पर प्रभावी Rashba–Edelstein क्षेत्र बनता है, जो सतह पर उलटाव सममिति टूटने पर इलेक्ट्रॉन की गति और स्पिन के संबंध से आता है। यह छेदों वाला भौतिक फ़िल्टर नहीं है। यह क्वांटम चयन है: स्थानीय क्षेत्र के समान दिशा वाले स्पिन का संचरण सबसे अधिक, तिरछे स्पिन का कम और विपरीत दिशा के निकट बहुत कम होता है। समानांतर और प्रतिसमानांतर के अलावा अन्य कोण भी शामिल होने के कारण इसे noncollinear spin–orbit filtering कहा जाता है।

यह चयन झुके हुए स्पिन घटकों को पूरी तरह रद्द होने से रोकता है। (210), (310) और (410) सतहों की C₁ᵥ सममिति में मूलतः केवल एक महत्वपूर्ण दर्पण तल बचता है; इंटरफ़ेस क्षेत्र झुक सकता है और चिप के लंबवत z-ध्रुवण बनाए रख सकता है। बिना क्षेत्र के स्विचिंग इन तीन कम-सममिति नमूनों में हुई, लेकिन अधिक सममिति वाले (010) और (110) नियंत्रण नमूनों में नहीं। प्लैटिनम परत हटाने वाले नियंत्रण में भी प्रभाव नहीं मिला।

टीम ने प्लैटिनम पर टाइटेनियम, फेरोमैग्नेटिक CoFeB, मैग्नीशियम ऑक्साइड और टैंटलम की परतें रखीं और पाँच माइक्रोमीटर के Hall उपकरण बनाए। विद्युत पल्स ने बाहरी क्षेत्र के बिना चुंबकीकरण पलटा; गोल ज्यामिति में स्विचिंग 98% से अधिक थी। विद्युत और चुंबकीय माप, इंटरफ़ेस माइक्रोस्कोपी और first-principles गणनाओं ने तिरछे स्पिन ध्रुवण की व्याख्या का समर्थन किया।

आउट-ऑफ-प्लेन स्पिन Hall चालकता 0.75 × 10⁵ (ℏ/2e) Ω⁻¹ m⁻¹ पहुँची। यह बताती है कि विद्युत क्षेत्र उपयोगी स्पिन धारा कितनी मजबूती से बनाता है; लेखक इसे इस प्रकार के ध्रुवण के पिछले तरीकों में रिकॉर्ड बताते हैं। यह भौतिक तंत्र और प्रयोगात्मक घटक का प्रदर्शन है, तैयार वाणिज्यिक मेमोरी का नहीं। पूरे सर्किट की लेखन ऊर्जा, चक्र-जीवन, तापीय स्थिरता, निर्माण उपज और औद्योगिक एकीकरण अभी जाँचे जाने बाकी हैं।

संपादकीय अद्यतन — 4 सितंबर 2026: स्पिनट्रॉनिक्स की अवधारणाएँ समझाने, धारा की दिशा और स्पिन ध्रुवण में अंतर स्पष्ट करने तथा प्रयोग की विधि और सीमाएँ व्यवस्थित करने के लिए लेख दोबारा लिखा गया है। बताए गए वैज्ञानिक परिणाम नहीं बदले हैं।