Nye spinretninger i pyrit et opmuntrende tegn på fremtidig spintronics

En undersøgelse fra Monash University, der afslørede nye spin -teksturer i pyrit, kunne frigøre disse materialers potentiale i fremtidige spintronics -enheder.

Undersøgelsen af ​​materialer af pyrit-type giver ny indsigt og muligheder for selektiv spin-kontrol i topologiske spintronics-enheder.

Søger nyt spin i topologiske materialer

Topologiske materialer har et spændende potentiale for næste generation, ultra-lavenergi elektronik, herunder termoelektriske og spintroniske enheder.

Imidlertid, en begrænsning af brugen af ​​sådanne materialer i spintronik har været, at alle topologiske materialer, der hidtil er undersøgt, har spin -tilstande, der ligger parallelt med materialets plan, mens mange/de fleste/alle praktiske spintronic-enheder ville kræve spin-tilstande uden for planet.

Generering og manipulation af spin uden for flyet uden at anvende et eksternt elektrisk eller magnetisk felt har været en vigtig udfordring inden for spintronics.

Den nye Monash Engineering-undersøgelse viser for første gang, at krystaller af pyrit-type kan være vært for utraditionelle energi- og retningsafhængige spin-teksturer på overfladen, med både in-plane og out-of-plane spin-komponenter, i skarp kontrast til spin -teksturer i konventionelle topologiske materialer.

"En række materialer af pyrit-type er tidligere teoretisk forudsagt at vise de ønskede ud-af-plan-spin-teksturer, "forklarer hovedforfatter Dr. Yuefeng Yin, i Monash Engineering's Computational Materials Lab.

Pyrit (i daglig tale kendt som 'fjolsguld') er et jernsulfidmineral, der viser flere interne planer af elektronisk symmetri.

"Tilstedeværelsen af ​​stærk lokal symmetri beskytter ikke-planlagte spin-tilstande, "forklarer Yuefeng, "så vi besluttede at se nærmere på nogle af disse krystaller."

Den opdagede ukonventionelle centrifugering åbner nye muligheder for den nødvendige opgave med at injicere eller detektere spin-komponent uden for planet i fremtidige topologiske spintroniske enheder.

Studiet

Selektiv kontrol af overfladespinstrøm i topologisk pyrit-type OsX2 (X =Se, Te) krystaller blev offentliggjort i NPJ Quantum Materials i august 2019.

Ved hjælp af beregninger af første principper, Monash -teamet adskilte overfladespintilstande ved deres interaktioner med spin -tilstande i hovedparten af ​​materialet, hvilket resulterer i meget anisotrop, men afstemt adfærd.

Ud over finansiering fra Australian Research Council (Center of Excellence og ARC Laureates -finansiering) anerkender forfatterne taknemmelig beregningsstøtte fra Monash Campus Cluster, NCI -beregningsfacilitet og Pawsey Supercomputing Facility.

Forbindelsen mellem symmetri og topologiske materialer

Tilstedeværelsen af ​​stærke, lokal symmetri giver topologisk robusthed til spin -tilstande, og symmetri er derfor en stærk forudsigelse for topologisk adfærd, så at studere disse fænomener i pyritkrystaller skulle give spor til opdagelse af mange andre nye topologiske materialer.

Topologiske isolatorer er nye materialer, der opfører sig som elektriske isolatorer i deres indre, men kan bære en strøm langs deres kanter. I modsætning til en konventionel elektrisk vej, sådanne topologiske kantstier kan bære elektrisk strøm med nær nul-spredning af energi, hvilket betyder, at topologiske transistorer kan skifte uden at brænde energi.