Ricercatori della North Carolina State University e dell’Università di Pittsburgh hanno studiato come l’informazione di spin di un elettrone, chiamata corrente di spin pura, si muove attraverso i materiali chirali. Hanno scoperto che la direzione in cui gli spin vengono iniettati nei materiali chirali influenza la loro capacità di attraversarli. Questi "gateway" chirali potrebbero essere utilizzati per progettare dispositivi spintronici efficienti dal punto di vista energetico per l'archiviazione, la comunicazione e l'elaborazione dei dati.
I dispositivi spintronici sfruttano la rotazione di un elettrone, anziché la sua carica, per creare corrente e spostare informazioni attraverso dispositivi elettronici.
"Uno degli obiettivi della spintronica è spostare le informazioni sullo spin attraverso un materiale senza dover spostare anche la carica associata, perché spostare la carica richiede più energia:ecco perché il telefono e il computer si surriscaldano quando li usi per molto tempo," afferma David Waldeck, professore di chimica alla Kenneth P. Dietrich School of Arts and Sciences di Pitt e co-autore corrispondente del lavoro.
I solidi chirali sono materiali che non possono essere sovrapposti alla loro immagine speculare:pensa ad esempio alle mani sinistra e destra. Un guanto per mancini non va bene per la mano destra e viceversa. La chiralità nei materiali spintronici consente ai ricercatori di controllare la direzione dello spin all'interno del materiale.
"Prima di questo lavoro, si pensava che il senso di chiralità, o 'mano', di un materiale fosse molto importante per come e se lo spin si sarebbe mosso attraverso quel materiale," dice Dali Sun, professore associato di fisica, membro del l'Organic and Carbon Electronics Lab (ORaCEL) presso la North Carolina State University e co-autore corrispondente del lavoro.
"E quando muovi l'intero elettrone attraverso il materiale questo è ancora vero. Ma abbiamo scoperto che se si inietta spin puro in un materiale chirale, l'assorbimento della corrente di spin dipende fortemente dall'angolo tra la polarizzazione dello spin e l'asse chirale; in altre parole, se la polarizzazione dello spin è allineata parallelamente o perpendicolarmente all'asse chirale."
"Abbiamo utilizzato due approcci diversi, l'eccitazione delle particelle a microonde e il riscaldamento laser ultraveloce, per iniettare spin puro nei materiali chirali selezionati in questo studio, ed entrambi gli approcci ci hanno portato alla stessa conclusione", afferma Jun Liu, professore associato di ingegneria meccanica e aerospaziale, membro di ORaCEL presso NC State e autore co-corrispondente del lavoro.
"I materiali chirali che abbiamo scelto sono due film sottili di ossido di cobalto chirale, ciascuno con una diversa chiralità, o 'manualità'", afferma Liu. "I film sottili di ossido di cobalto non chirale sono comunemente usati nell'elettronica moderna."
Quando il team ha iniettato lo spin puro allineato perpendicolarmente all'asse chirale del materiale, ha notato che lo spin non viaggiava attraverso il materiale. Tuttavia, quando lo spin puro era allineato parallelo o antiparallelo all'asse chirale, il suo assorbimento o la capacità di passare attraverso il materiale migliorava del 3000%.
"Poiché lo spin può passare attraverso questi materiali chirali solo in una direzione, ciò potrebbe consentirci di progettare gateway chirali da utilizzare nei dispositivi elettronici", afferma Sun. "E questo lavoro mette anche alla prova parte di ciò che pensavamo di sapere sui materiali chirali e sullo spin, che è qualcosa che vogliamo esplorare ulteriormente."
L'opera appare in Science Advances . Il ricercatore post-dottorato dello stato della NC Rui Sun, lo studente laureato dello stato della NC Ziqi Wang e il professore assistente di ricerca dell'Università di Pittsburgh Brian Bloom sono i co-primi autori.
Ulteriori informazioni: Rui Sun et al, Colossale assorbimento anisotropico delle correnti di spin indotte dalla chiralità, Progressi scientifici (2024). DOI:10.1126/sciadv.adn3240
Informazioni sul giornale: La scienza avanza
Fornito dalla North Carolina State University
