La seconda metà del 20 ^esimo secolo era l'era dell'elettronica, i dispositivi elettronici si miniaturizzavano e diventavano ancora più complessi, creando problemi per il loro consumo energetico e il calore disperso. La spintronica promette di archiviare o trasportare informazioni basate solo sui giri, che funzionerebbero più velocemente con molta meno energia. Sfortunatamente è ancora una sfida controllare la rotazione in un materiale da campi esterni in modo affidabile e su larga scala.

Le serie di dicalcogenuri di metalli di transizione (TMD) sono i materiali quasi bidimensionali più studiati oltre al grafene, con onde di densità di carica, superconduttività e topologia non banale, tutti comuni in tutta la famiglia di materiali. Diseleniuro di afnio (HfSe₂ ) appartiene a questa classe di materiali. Ora gli scienziati di BESSY II hanno svelato una nuova proprietà della sua struttura elettronica che potrebbe portare a un percorso più conveniente per generare e controllare le correnti di spin.

"Per passare dall'elettronica alla spintronica, dobbiamo trovare materiali in cui gli elettroni spin up e spin down si comportino in modo diverso", spiega il primo autore Oliver Clark. Ci sono due modi per farlo, sottolinea:"Possiamo perturbare esternamente il materiale in modo che elettroni di spin diversi diventino funzionalmente inequivalenti, oppure possiamo usare magneti in cui gli elettroni di spin opposti sono funzionalmente diversi intrinsecamente".

Per il primo metodo, la difficoltà sta nel trovare accoppiamenti adeguati di materiali e meccanismi mediante i quali il controllo dello spin può essere imposto dall'esterno. Ad esempio, nei cosiddetti TMD strutturati 2H, sono necessari cristalli singoli perfetti e una sorgente di luce polarizzata circolarmente. Al contrario, il secondo metodo è molto più semplice, ma l'integrazione dei magneti nei dispositivi è problematica per il funzionamento dei componenti elettronici convenzionali, soprattutto su piccola scala.

La luce polarizzata linearmente fa il trucco

Ma tra questi due modi esiste una via di mezzo, almeno per alcuni materiali selezionati come HfSe₂ . "Se si sonda questo materiale con luce polarizzata linearmente, che è più facile da produrre rispetto alla luce polarizzata circolarmente, il materiale agisce come un magnete in termini di struttura di spin. Quindi la selettività di spin diventa molto semplice, ma non hai i problemi associati ad altre proprietà magnetiche", spiega Clark. Il vantaggio:la qualità del cristallo o l'orientamento del campione non contano più.

Ciò fornisce un percorso completamente nuovo verso la generazione di correnti spin-polarizzate dai dicalcogenuri dei metalli di transizione. I fisici sono molto entusiasti delle implicazioni di questo lavoro. "I nostri risultati sono importanti non solo per i fisici che si occupano di materiali bidimensionali stratificati, ma anche per gli specialisti nella fabbricazione di dispositivi spintronici e opto-spintronici", afferma Clark.

La ricerca è stata pubblicata su Nature Communications . + Esplora ulteriormente

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