Spinspanningen

Spinspanningen verwijzen naar interne mechanische spanningen in materie die voortkomen uit spin-gerelateerde verschijnselen, zoals de ordening van elektron spins en de interactie daarvan met de kristallijne lattice. De term wordt vooral gebruikt in magnetisme en spintronica om magneto-elastische effecten en spin-phonon coupling zichtbaar te maken, waarbij veranderingen in magnetische orde of spin-orbit interacties leiden tot verschuivingen in de afmetingen of inwendige spanningen van het materiaal.

Oorzaken en mechanismen

De belangrijkste oorzaken zijn magneto-elastische coupling en magnetostrictie: wanneer spins ordenen of veranderen onder invloed van temperatuur of een extern magnetisch veld, kan de kristalstructuur vervormen en blijven er spanningen achter. Ook spin-phonon coupling draagt bij, doordat veranderingen in de magneetische toestand de trillingen van de kristallijne rooster beïnvloeden en daarmee de lekspanningen bepalen. De resulterende spanningen kunnen afhankelijk zijn van temperatuur, veldsterkte, kristaloriëntatie en de aanwezigheid van domeinen of defecten.

Meting en toepassingen

Spinspanningen kunnen worden vastgesteld met technieken zoals röntgendiffractie, neutronen diffractie, Mössbauer-spectroscopie en gevoelige strainmeting (bijvoorbeeld met rek- of buigsensoren). Ze spelen een rol in toepassingen zoals magneto-elastische actuatoren en sensoren, MEMS- en nano-electromechanische systemen, en in spintronische apparaten waarbij spanningen de magnetische oriëntatie en de lees-/schrijfprocessen beïnvloeden. In multiferroïsche en sterk corrigerende materialen worden spinspanningen onderzocht voor mogelijke koppelingen tussen magnetische en elektrische ordening.

Uitdagingen en context

Een belangrijke uitdaging is het scheiden van spinspanningen van andere bronnen van spanning (zoals thermische spanningen of mechanische belasting) en het modelleren van de complexe, anisotrope koppelingen tussen spin en rooster. Desalniettemin vormen spinspanningen een integraal onderdeel van het begrip van magnetische materialen en hun functionele toepassingen in de moderne materiaalkunde.