I ricercatori dell'UC Riverside hanno utilizzato un approccio non convenzionale per determinare la forza delle interazioni di spin degli elettroni con i fononi ottici nei cristalli antiferromagnetici di ossido di nichel (NiO).

NiO è un materiale promettente per dispositivi spintronici, dove i segnali sono trasmessi non da correnti elettriche ma piuttosto da onde di spin, consistente in disturbi propaganti nell'ordinamento dei materiali magnetici, in modo simile al domino. Il team interdisciplinare di ricercatori, guidato da Alexander Balandin, illustre professore di ingegneria elettrica e informatica, ha usato la spettroscopia Raman ultravioletta per studiare come l'ordinamento degli spin influenzi le energie dei fononi in questi materiali. I fononi sono quanti di vibrazioni di ioni, che costituiscono il reticolo cristallino dei materiali. I fononi possono interagire con gli elettroni e i loro spin, portando alla dissipazione di energia. Le applicazioni pratiche dei dispositivi spintronici nell'elaborazione delle informazioni richiedono una conoscenza accurata della forza dell'interazione dello spin dell'elettrone con i fononi.

"Nonostante il fatto che l'ossido di nichel sia stato studiato per molti anni, misteri rimasti, " ha detto Balandin. "I nostri risultati fanno luce su alcuni degli enigmi di vecchia data che circondano questo materiale, rivelando un insolito accoppiamento spin-fonone."

Il team dell'UC Riverside includeva anche Jing Shi, professore di fisica, e Roger Lake, professore di ingegneria elettrica e informatica, oltre ai membri dei loro gruppi di ricerca, studenti laureati, e ricercatori post-dottorato.

"Il nostro team è stato in grado di svolgere questo compito utilizzando la spettroscopia Raman con un laser ultravioletto, invece dei convenzionali laser a luce visibile. Il trucco ha funzionato perché i picchi fononici rilevanti possono essere visti con una risoluzione molto migliore nello spettro dell'ossido di nichel sotto eccitazione laser ultravioletta, " ha aggiunto Balandin.

Lo studio dell'interazione spin-fonone avrà importanti implicazioni per lo sviluppo di dispositivi spintronici. A differenza dei transistor elettronici convenzionali, i dispositivi spintronici codificano e comunicano informazioni, non con le correnti elettriche, ma piuttosto con le correnti di spin o le onde di spin. Per questa ragione, materiali magnetici elettricamente isolanti, come l'ossido di nichel, può essere utilizzato per l'archiviazione della memoria e l'elaborazione delle informazioni.

Evitare correnti elettriche, i dispositivi spintronici hanno il potenziale per un funzionamento ultraveloce e a bassa dissipazione di energia. L'interazione con i fononi è uno dei meccanismi di dissipazione dell'energia nella spintronica. I dati riportati dai ricercatori dell'UCR possono aiutare a ottimizzare la progettazione di dispositivi spintronici alterando le proprietà dei fononi e il modo in cui i fononi interagiscono con gli spin degli elettroni.

"Speriamo che i nostri risultati contribuiscano a una migliore comprensione dei meccanismi delle interazioni delle onde di spin con le vibrazioni del reticolo cristallino, e canali di perdita di energia nei dispositivi a ossido di nichel, "Balandin ha detto. "Il prossimo passo sarà lo studio dell'interazione spin-fonone in film sottili su nanoscala e strutture fatte di questo importante materiale antiferromagnetico".

"Accoppiamento spin-fonone in ossido di nichel antiferromagnetico" è stato pubblicato sulla rivista Lettere di fisica applicata .