Når man injicerer rent spin i chirale materialer, er retningen vigtig

Forskere fra North Carolina State University og University of Pittsburgh undersøgte, hvordan en elektrons spininformation, kaldet en ren spinstrøm, bevæger sig gennem chirale materialer. De fandt ud af, at den retning, hvori spindene sprøjtes ind i chirale materialer, påvirker deres evne til at passere gennem dem. Disse chirale "gateways" kunne bruges til at designe energieffektive spintroniske enheder til datalagring, kommunikation og databehandling.

Spintroniske enheder udnytter en elektrons spin snarere end dens ladning til at skabe strøm og flytte information gennem elektroniske enheder.

"Et af målene i spintronics er at flytte spin-information gennem et materiale uden også at skulle flytte den tilhørende ladning, fordi flytning af ladningen tager mere energi - det er derfor, din telefon og computer bliver varme, når du bruger dem i lang tid." siger David Waldeck, professor i kemi ved Pitts Kenneth P. Dietrich School of Arts and Sciences og medkorresponderende forfatter til værket.

Chirale faste stoffer er materialer, der ikke kan overlejres på deres spejlbillede - tænk for eksempel på dine venstre og højre hånd. En venstrehåndshandske passer ikke på din højre hånd og omvendt. Chiralitet i spintroniske materialer gør det muligt for forskere at kontrollere rotationsretningen i materialet.

"Før dette arbejde troede man, at følelsen af ​​chiralitet eller 'håndhed' af et materiale var meget vigtig for, hvordan og om spindet ville bevæge sig gennem det materiale," siger Dali Sun, lektor i fysik, medlem af Organic and Carbon Electronics Lab (ORaCEL) ved North Carolina State University og medkorresponderende forfatter til værket.

"Og når du bevæger hele elektronen gennem materialet, er det stadig sandt. Men vi fandt ud af, at hvis du injicerer rent spin i et chiralt materiale, afhænger absorptionen af ​​spinstrøm stærkt af vinklen mellem spinpolarisationen og den chirale akse; med andre ord, om spinpolarisationen er justeret parallelt eller vinkelret på den chirale akse."

"Vi brugte to forskellige tilgange, magnetisering af mikrobølgepartikler og ultrahurtig laseropvarmning, til at injicere rent spin i de udvalgte chirale materialer i denne undersøgelse, og begge tilgange gav os den samme konklusion," siger Jun Liu, lektor i mekanik og rumfartsteknik. medlem af ORaCEL i NC State og medkorresponderende forfatter til værket.

"De chirale materialer, vi valgte, er to chirale cobaltoxid-tynde film, hver med en anden chiralitet eller 'handedness'," siger Liu. "Ikke-chirale tynde film af koboltoxid er almindeligt anvendt i moderne elektronik."

Da holdet injicerede rent spin justeret vinkelret på materialets chirale akse, bemærkede de, at spindet ikke rejste gennem materialet. Men når det rene spin blev justeret enten parallelt eller anti-parallelt med den chirale akse, blev dets absorption eller evne til at passere gennem materialet forbedret med 3000 %.

"Da spin kun kan passere gennem disse chirale materialer i én retning, kan dette gøre os i stand til at designe chirale gateways til brug i elektroniske enheder," siger Sun. "Og dette arbejde udfordrer også noget af det, vi troede, vi vidste om chirale materialer og spin, hvilket er noget, vi gerne vil udforske yderligere."

Værket vises i Science Advances . NC State postdoc-forsker Rui Sun, NC State kandidatstuderende Ziqi Wang og University of Pittsburgh Research Assistant Professor Brian Bloom er co-first forfattere.

Flere oplysninger: Rui Sun et al., Kolossal anisotropisk absorption af spinstrømme induceret af chiralitet, Science Advances (2024). DOI:10.1126/sciadv.adn3240

Journaloplysninger: Videnskabelige fremskridt

Leveret af North Carolina State University