Изменить ориентацию магнитного момента некоторой области магнитного вещества можно с помощью приложения локального магнитного поля. На этом основана традиционная магнитная память. Стремление к повышению плотности записи в запоминающем устройстве сталкивается с проблемой создания магнитного поля в достаточно малых областях. Некоторое продвижение в сторону малых размеров дает локальное пропускание тока, создающее в пространстве магнитное поле, соответствующее уравнениям Максвелла. Однако, во-первых, несмотря на локальность тока, вызываемое им магнитное поле не является достаточно локальным; во-вторых, требуются большие токи для перемагничивания.

Возможный выход из этой затруднительной ситуации дает спин электрона. В цитируемых ниже работах рассматривается возможность перемагничивания маленькой гранулы (или области) магнитного вещества при пропускании через нее пучка спин-поляризованных электронов. Как отмечалось выше, магнитное поле, создаваемое электронами, слишком мало для перемагничивания гранулы. Взаимодействие магнитных моментов электронов с магнитными моментами атомов также оказывается очень слабым. А вот обменное взаимодействие, происходящее из сильного кулоновского взаимодействия электронов пучка с электронами атомов и зависящее от взаимной ориентации их спинов, оказывается очень эффективным. На это впервые было обращено внимание в 1996 г. Явление наблюдали в нескольких экспериментах (см. ссылки в обзорной статье [1]).

Недавний эксперимент, выполненный сотрудниками Laboratorium fur Festkorperphysik, ETH Zurich и Stanford University [2], в общих чертах напоминает предшествующие, но авторам впервые удалось получить количественную характеристику эффекта. Эксперимент состоял в следующем. С помощью фотоэмиссии из полупроводникового катода, вызываемой циркулярно поляризованным светом, они получали пучок электронов со 100% спиновой поляризацией (для этой цели ранее использовали пропускание электронного пучка через тонкий слой магнитного вещества, служивший спиновым фильтром). Далее этот пучок пропускали через магнитную пленку толщиной несколько нанометров, свободно подвешенную в вакууме. Первоначальная поляризация электронов была перпендикулярна магнитному моменту пленки. При пролете через пленку магнитный момент электрона прецессирует. В результате этого поляризация электронов, вылетевших из пленки, отличается от исходной. Она и была измерена с помощью спинового фильтра. Теперь самое время вспомнить третий закон Ньютона, утверждающий, что действие равно противодействию. В данном случае он означает, что спины электронов пучка и вещества взаимно прецессируют. В массивной грануле эффект воздействия заметить невозможно. Однако, если пролетевших электронов столько же, сколько атомов, то эффект становится вполне заметным.

Ввиду обратимости эффекта, он может быть использован как для записи информации, так и для ее считывания. Частота переключения в десятки гигагерц вполне возможна.

D.Ralph. Science, 2001, v.291, pp. 999-1000

W.Weber et al., ibid., pp. 1015-1018