En ny vej mod spin-polariserede strømme

Anden halvdel af den 20. ^. århundrede var elektronikkens tidsalder, blev elektroniske enheder miniaturiseret og endnu mere komplekse, hvilket skabte problemer for deres energiforbrug og spildvarme. Spintronics lover at gemme eller transportere information baseret på spins alene, hvilket ville arbejde hurtigere med meget mindre energi. Desværre er det stadig en udfordring at kontrollere spin i et materiale af eksterne felter pålideligt og i skala.

Overgangsmetal dichalcogenide (TMD) serien er de mest intenst studerede kvasi todimensionelle materialer ud over grafen, med ladningstæthedsbølger, superledning og ikke-triviel topologisk alle almindelige på tværs af materialefamilien. Hafniumdiselenid (HfSe₂ ) tilhører denne klasse af materialer. Nu har forskere ved BESSY II afsløret en ny egenskab ved dens elektroniske struktur, der kunne føre til en mere bekvem rute til at generere og kontrollere spinstrømme.

"For at skifte fra elektronik til spintronik, er vi nødt til at finde materialer, hvor elektroner, der spinner op og ned, opfører sig forskelligt," forklarer førsteforfatter Oliver Clark. Der er to måder at gøre dette på, påpeger han:"Vi kan enten forstyrre materialet eksternt, så elektroner af forskellige spins bliver funktionelt uækvivalente, eller vi kan bruge magneter, hvor elektronerne i modsatte spins er funktionelt forskellige i sig."

For den første metode ligger vanskeligheden i at finde passende sammenkoblinger af materialer og mekanismer, hvormed spinkontrol kan pålægges eksternt. For eksempel har man i de såkaldte 2H-strukturerede TMD'er brug for perfekte enkeltkrystaller og en cirkulært polariseret lyskilde. I modsætning hertil er den anden metode meget lettere, men at integrere magneter i enheder er problematisk for driften af ​​konventionelle elektroniske komponenter, især i små skalaer.

Lineært polariseret lys gør tricket

Men mellem disse to måder findes der en mellemvej, i det mindste for nogle udvalgte materialer såsom HfSe₂ . "Hvis du sonderer dette materiale med lineært polariseret lys - som er lettere at producere end cirkulært polariseret lys - fungerer materialet som en magnet i forhold til dets spin-struktur. Så spin-selektiviteten bliver meget let, men du har ikke problemerne forbundet med andre magnetiske egenskaber," forklarer Clark. Fordelen:Krystalkvalitet eller orientering af prøven betyder ikke længere noget.

Dette giver en helt ny vej mod generering af spin-polariserede strømme fra overgangsmetal dichalcogenider. Fysikerne er meget begejstrede for implikationerne af dette arbejde. "Vores resultater er ikke kun relevante for fysikere, der beskæftiger sig med lagdelte todimensionelle materialer, men også for specialister i fremstilling af spintroniske og opto-spintroniske anordninger," siger Clark.

Forskningen blev offentliggjort i Nature Communications . + Udforsk yderligere

Når lys og elektroner spinder sammen