Dvidešimtame amžiuje du žinomi atradimai buvo susiję su sukiniu. Vienas atradimas, padarytas Alberto Einšteino ir Vanderio Johaneso de Haso (Wander Johannes de Haas), paaiškino ryšį tarp sukinio ir kampinio momento. Panašiu laiku Einšteinas sukūrė ir savo bendrąją reliatyvumo teoriją. Apie dešimt metų vėliau Polas Dirakas gavo savo kvantinės mechanikos lygtis, aprašančias reliatyvistinę banginę funkciją, kurioje elektronas turėjo sukinį lygų 1/2.
„Nors abi šios teorijos egzistuoja beveik visą šimtmetį, – pasakė Sadamiči Maekava (Sadamichi Maekawa), – niekas negalvojo jų apjungti. Mes nutarėme abi šias teorijas sujungti ir gavome fundamentalų hamiltonjaną, kuris leidžia nagrinėti mechaninį sukimąsi Dirako lygtyse“.
Mokslininkų grupės iš Japonijos darbas, pavadinimu „Mechaninio sukimosi įtaka sukinių srovei“, buvo atspausdintas „Physical Review Letters“ žurnale. Jų manymu naujas teorinis modelis pasitarnaus spintronikos vystymuisi.
„Einšteino-de Haso efektas aiškina kampinio momento tvermės dėsnio ryšį tarp magnetizmo ir sukamojo judėjimo, – paaiškino Maekava. – Kvantinė mechanika mums sako, kad magnetizmas atsiranda dėl elektrono sukinio. Progresas nanotechnologijose sudaro sąlygas valdyti elektrono sukinio srovę“. Jis pažymėjo, kad sukinio srovės ir magnetų ryšys buvo tirtas anksčiau siekiant pritaikyti šį efektą nanoįrenginiuose. Mažai dėmesio buvo skirta, kaip sukamasis judėjimas gali būti panaudotas sukinių srovei valdyti.
Mokslininkai iš Japonijos nutarė, kad mechaninis sukimasis gali būti svarbus manipuliuojant sukinio srove spintronikos prietaisuose, kurie tikimasi paskui pakeis silicio pagrindu veikiančią elektroniką. „Atradome, kad prie reliatyvistinių kvantinės mechanikos lygčių reikia pridėti bendrąją reliatyvumo teoriją, – pasakė Maekava. – Dirakas į savo lygtis įtraukė specialiąją reliatyvumo teoriją, bet praleido bendrąją reliatyvumo teoriją. Sujungėme abi Einšteino teorijas ir dar pridėjome kvantinę mechaniką. Tokiu būdu pridėjome mechaninį sukimąsi į kvantines lygtis“.
Dalis modelio apima fizikinės sistemos praplėtimą nuo inercinės į neinercinę apskaitos sistemą. Maekava su kolegomis rėmėsi faktu, kad sukinio srovių dinamika yra glaudžiai susijusi su sukinio orbitos sąveika, gaunama iš Dirako lygčių mažų energijų riboje. „Bandėme apjungti bendrąją reliatyvumo teoriją su sukinio srove, nors bendroji reliatyvumo teorija nėra labai populiari kondensuotų medžiagų fizikoje“, – paaiškino jis. Rezultate gauta, pasak Maekavos, kad turėtų būti įmanoma valdyti sukinio srovę mechaninėmis priemonėmis. Sukinio srovė reiškia, kad srovė neperneša krūvio, o elektronai su skirtingais sukiniais juda priešingomis kryptimis.
Šiuo metu modelis yra tik teoriniame lygmenyje. „Suradome lygtis ir ateityje tikimės teoriją išbandyti praktikoje“, – sakė Maekava. Jis tiki, kad ši teorija leis atsirasti nanomatmenų motorams ir dinamo mašinoms, kurios sudarys sąlygas praktiškai realizuoti spintroniką ateities įrenginiuose.
Paieška archyve
