Подготовка к свержению электрона с пьедестала главной элементарной частицы, при помощи которой работают все устройства, приводимые в действие за счет электрического тока, — компьютеры, всевозможные гаджеты и бытовая техника, — началась не пять и даже не десять лет назад, а намного раньше.
Мысль, что ток может проходить по приборам без участия заряда электрона, стала актуальна после того, как физики Альбер Ферт и Петер Грюнберг в 1988 году независимо друг от друга открыли эффект гигантского магнетосопротивления (Giant magnetoresistance — GMR). За это через девятнадцать лет они получили Нобелевскую премию по физике. Но этого могло и не случиться, если бы еще раньше исследователи Отто Штерн и Вальтер Герлах не обнаружили наличие у электрона спина — некоего подобия маленькой оси, вокруг которой он вращается.
Все по школьным урокам физики знают, что у электронов есть заряд и есть спин, и электрический ток получается тогда, когда мы воздействуем на заряд. Однако спин тоже можно двигать при помощи магнитного поля, и от направления спина зависит поведение электрона.
Так вот, Фер и Грюнберг, проводя опыты в своих лабораториях, заметили, что электрону свойственно бежать туда, куда указывает его спин, подверженный воздействию магнитного поля, — это они и назвали эффектом GMR. Однако управлять спином электрона можно только в том случае, если частица перемещается по сверхтонкому наноразмерному полупроводнику. Если же электрон путешествует по толстенному металлическому проводу, магнитное поле не может дотянуться до спина. Электрон сам постоянно меняет направление оси и несется туда, куда его влечет, то есть постоянно в разные стороны.
Когда в науке были открыты и сложились все ключевые компоненты — спин и способность им управлять, — тогда появилась возможность создавать наноматериалы. И созрела такая научная область — спинтроника. Сейчас ею занимаются в тысячах лабораторий по всему миру.
В одной из таких, расположенной в Институте физики металлов УрО РАН, ученые создают спинтронные устройства.