_ Când injectați spin pur în materiale chirale, direcția contează

Cercetătorii de la Universitatea de Stat din Carolina de Nord și de la Universitatea din Pittsburgh au studiat modul în care informația de spin a unui electron, numită curent de spin pur, se mișcă prin materialele chirale. Ei au descoperit că direcția în care spinurile sunt injectate în materialele chirale afectează capacitatea acestora de a trece prin ele. Aceste „gateway” chirale ar putea fi folosite pentru a proiecta dispozitive spintronice eficiente din punct de vedere energetic pentru stocarea datelor, comunicații și calcul.

Dispozitivele spintronice valorifică spinul unui electron, mai degrabă decât încărcarea acestuia, pentru a crea curent și a muta informații. prin intermediul dispozitivelor electronice.

„Unul dintre obiectivele spintronicei este de a muta informațiile de rotație printr-un material fără a fi nevoie să mutați încărcătura asociată, deoarece mutarea încărcăturii necesită mai multă energie – de aceea telefonul și computerul dvs. primesc fierbinte atunci când le folosiți o perioadă lungă de timp”, spune David Waldeck, profesor de chimie la Școala de Arte și Științe Kenneth P. Dietrich din Pitt și autor corespondent al lucrării.

Solidele chirale sunt materiale care nu pot fi suprapuse pe imaginea lor în oglindă – gândiți-vă, de exemplu, la mâinile tale stângi și drepte. O mănușă pentru stângaci nu se potrivește pe mâna dreaptă și invers. Chiralitatea în materialele spintronice le permite cercetătorilor să controleze direcția de rotație în interiorul materialului.

„Înainte de această lucrare, se credea că sentimentul de chiralitate, sau „mânuire” a unui material era foarte important pentru cum și dacă spinul s-ar deplasa prin acel material”, spune Dali Sun, profesor asociat de fizică, membru al Laboratorului de Electronică Organică și Carbon (ORaCEL) de la Universitatea de Stat din Carolina de Nord și coautor al lucrării.

„Și când mutați întregul electron prin material, asta este încă adevărat. Dar am descoperit că dacă injectați spin pur într-un material chiral, absorbția curentului de spin depinde puternic de unghiul dintre polarizarea spinului și axa chirală; cu alte cuvinte, dacă polarizarea spinului este aliniată paralel sau perpendicular pe axa chirală."

"Am folosit două abordări diferite, excitarea particulelor cu microunde și încălzirea cu laser ultrarapidă, pentru a injecta spin pur în materiale chirale selectate în acest studiu și ambele abordări ne-au dat aceeași concluzie”, spune Jun Liu, profesor asociat de inginerie mecanică și aerospațială, membru al ORaCEL la NC State și co-autor corespondent al lucrării.

„Materialele chirale pe care le-am ales sunt două pelicule subțiri chirale de oxid de cobalt, fiecare cu o chiralitate diferită, sau „handedness”,” spune Liu. „Filmele subțiri non-chirale de oxid de cobalt sunt utilizate în mod obișnuit în electronica modernă.”

Când echipa a injectat spin pur aliniat perpendicular pe axa chirală a materialului, ei au observat că spinul nu a călătorit prin material. Cu toate acestea, atunci când spinul pur a fost aliniat fie paralel, fie anti-paralel cu axa chirală, absorbția sau capacitatea sa de a trece prin material s-a îmbunătățit cu 3000%.

„Deoarece spinul poate trece doar prin acestea. materiale chirale într-o singură direcție, acest lucru ne-ar putea permite să proiectăm porți chirale pentru utilizarea în dispozitive electronice", spune Sun. „Și această lucrare provoacă, de asemenea, o parte din ceea ce credeam că știm despre materialele chirale și spin, ceea ce dorim să explorăm în continuare.”

Lucrarea apare în Science Advances. Cercetătorul postdoctoral din NC State Rui Sun, studentul absolvent al NC State Ziqi Wang și profesorul asistent de cercetare de la Universitatea din Pittsburgh, Brian Bloom, sunt primii autori.

(Fluierul)