Credito:Tokyo Tech
Un approccio ingegnoso allo sviluppo di dispositivi di memoria a bassa potenza, alta velocità e alta densità si basa sulla spintronica, una frontiera emergente nella tecnologia che sfrutta un grado di libertà degli elettroni noto come spin. In parole povere, gli elettroni, insieme alla loro carica negativa, possiedono uno spin il cui orientamento può essere controllato utilizzando i campi magnetici. Ciò è particolarmente rilevante per gli isolanti magnetici, in cui gli elettroni non possono muoversi, ma lo spin rimane controllabile. In questi materiali, le eccitazioni magnetiche possono dare origine a una corrente di spin, che costituisce la base della spintronica.
Gli scienziati hanno cercato metodi efficienti per generare la corrente di spin. Particolarmente utile in tal senso è l'effetto fotogalvanico, fenomeno caratterizzato dalla generazione di corrente continua dall'illuminazione della luce. Gli studi hanno scoperto che una corrente di spin fotogalvanica può essere generata in modo simile utilizzando i campi magnetici nelle onde elettromagnetiche. Tuttavia, al momento mancano materiali candidati e una formulazione matematica generale per esplorare questo fenomeno.
Ora, il Professore Associato Hiroaki Ishizuka del Tokyo Institute of Technology (Tokyo Tech), insieme al suo collega, ha affrontato questi problemi. Nel loro recente studio pubblicato in Physical Review Letters , hanno presentato una formula generale che può essere utilizzata per calcolare la corrente di spin fotogalvanica indotta da eccitazioni magnetiche oscillanti trasversali. Hanno quindi utilizzato questa formula per capire come si formano le correnti di spin fotogalvaniche nei composti trialogenuri di cromo (Cr) a doppio strato, vale a dire il triioduro di cromo (CrI3 ) e tribromuro di cromo (CrBr3 ).
"A differenza degli studi precedenti che consideravano i campi magnetici oscillanti longitudinali per generare correnti di spin, il nostro studio si concentra sui campi magnetici oscillanti trasversali. Sulla base di ciò, abbiamo scoperto che i processi che coinvolgono una banda magnon (quantum of spin wave eccitations) e due bande magnon contribuiscono alla corrente di rotazione", elabora il dottor Ishizuka.
Usando la loro formula, i due hanno scoperto che entrambi CrI3 e CrBr3 ha mostrato una grande corrente di spin fotogalvanica per eccitazioni magnetiche corrispondenti a onde elettromagnetiche a frequenze di gigahertz e terahertz. Tuttavia, la corrente è apparsa solo quando gli spin hanno mostrato un ordinamento antiferromagnetico, il che significa che gli spin successivi erano antiparalleli, al contrario dell'ordinamento ferromagnetico (dove gli spin successivi sono paralleli).
Inoltre, la direzione della corrente di spin era governata dall'orientamento dell'ordinamento antiferromagnetico (se gli spin sul primo e sul secondo strato erano disposti up-down o down-up). Inoltre, hanno sottolineato che, a differenza dei precedenti risultati che attribuivano la corrente di spin solo al processo a due magnon, la loro formula mostrava che una risposta ampia era, in generale, possibile con il processo a singolo magnon.
Questi risultati suggeriscono che il doppio strato CrI3 e CrBr3 sono ottimi candidati per studiare il meccanismo associato alla generazione di corrente di spin fotogalvanico.
"Il nostro studio non solo prevede contributi imprevisti alla corrente di spin, ma fornisce anche una linea guida per la progettazione di nuovi materiali guidati dall'effetto fotogalvanico delle eccitazioni magnetiche", afferma il dott. Ishizuka. + Esplora ulteriormente
