I dispositivi spintronici sono dispositivi elettronici che utilizzano lo spin degli elettroni (una forma intrinseca di momento angolare posseduta dall'elettrone) per ottenere un'elaborazione ad alta velocità e un'archiviazione dei dati a basso costo. A questo proposito, la coppia di trasferimento di rotazione è un fenomeno chiave che consente dispositivi spintronici ultraveloci e a bassa potenza. Recentemente, tuttavia, la coppia spin-orbita (SOT) è emersa come un'alternativa promettente alla coppia spin-transfer.
Molti studi hanno indagato sull’origine della SOT, dimostrando che nei materiali non magnetici, un fenomeno chiamato effetto Spin Hall (SHE) è la chiave per raggiungere la SOT. In questi materiali, l'esistenza di una struttura a "banda di Dirac", una disposizione specifica degli elettroni in termini di energia, è importante per ottenere un SHE elevato. Questo perché la struttura delle bande di Dirac contiene "punti caldi" per la fase Berry, un fattore di fase quantistica responsabile dell'SHE intrinseco. Pertanto, i materiali con punti caldi della fase Berry adatti sono fondamentali per progettare SHE.
In questo contesto, il materiale siliciuro di tantalio (TaSi2 ) è di grande interesse in quanto ha diversi punti Dirac vicino al livello di Fermi nella sua struttura a bande, adatti per praticare l'ingegneria delle fasi di Berry. Per dimostrarlo, un team di ricercatori, guidato dal professore associato Pham Nam Hai del Dipartimento di ingegneria elettrica ed elettronica del Tokyo Institute of Technology (Tokyo Tech), in Giappone, ha recentemente studiato l’influenza dei punti caldi della banda di Dirac sulla dipendenza dalla temperatura dell’atmosfera. LEI in TaSi2 .
"L'ingegneria del monopolo della fase bacca è un interessante percorso di ricerca in quanto può dare origine a efficienti dispositivi spintronici SOT ad alta temperatura come la memoria ad accesso casuale magnetoresistiva", afferma il dott. Hai. I loro risultati sono stati pubblicati sulla rivista Applied Physics Letters .
Attraverso vari esperimenti, il team ha osservato che l'efficienza SOT di TaSi2 è rimasto pressoché invariato da 62 K a 288 K, che era simile al comportamento dei metalli pesanti convenzionali. Tuttavia, aumentando ulteriormente la temperatura, l'efficienza SOT aumenta improvvisamente e quasi raddoppia a 346 K. Inoltre, anche il corrispondente SHE aumenta in modo simile.
In particolare, questo comportamento era molto diverso dal comportamento dei metalli pesanti convenzionali e delle loro leghe. Dopo ulteriori analisi, i ricercatori hanno attribuito questo improvviso aumento di SHE alle alte temperature ai monopoli di fase Berry.
"Questi risultati forniscono una strategia per migliorare l'efficienza del SOT ad alte temperature tramite l'ingegneria del monopolo della fase Berry", afferma il dott. Hai.
Il loro studio evidenzia il potenziale dell'ingegneria del monopolo di fase Berry per utilizzare efficacemente l'SHE in materiali non magnetici e fornisce un nuovo percorso per lo sviluppo di dispositivi spintronici SOT ad alta temperatura, ultraveloci e a bassa potenza.
Ulteriori informazioni: Ken Ishida et al, Effetto Hall di spin migliorato ad alta temperatura nel siliciuro non centrosimmetrico TaSi2 guidato da monopoli di fase Berry, Lettere di fisica applicata (2023). DOI:10.1063/5.0165333
Informazioni sul giornale: Lettere di fisica applicata
Fornito dal Tokyo Institute of Technology
