Forscher des Basque Nanoscience Research Center CIC nanoGUNE (San Sebastian, Spanien) haben in Zusammenarbeit mit POLYMAT (San Sebastian, Spanien), dem Institut für Physik der Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg und dem Max-Planck-Institut für Mikrostrukturphysik (beide in Halle, Deutschland) haben die vollelektrische Erzeugung, Manipulation und Detektion der Spinpolarisation in chiralen einkristallinen Tellur-Nanodrähten demonstriert.
Die Ergebnisse, veröffentlicht in Naturmaterialien („Gate-tuneable and chirality-dependent charge-to-spin conversion in tellurium nanowires“), ebnen den Weg für die Entwicklung magnetfreier Chiralitäts-basierter spintronischer Bauelemente.
Chirale Materialien sind ein idealer Spielplatz, um die Beziehung zwischen Symmetrie, relativistischen Effekten und elektronischem Transport zu erforschen.
Beispielsweise wurden in den letzten zehn Jahren chirale organische Moleküle intensiv untersucht, um spinpolarisierte Ströme elektrisch zu erzeugen, aber ihre schlechte elektronische Leitfähigkeit schränkt ihr Anwendungspotenzial ein.
Umgekehrt haben chirale anorganische Materialien wie Tellur eine ausgezeichnete elektrische Leitfähigkeit, aber ihr Potenzial zur Ermöglichung der elektrischen Steuerung der Spinpolarisation in Geräten bleibt unklar.
In dieser kürzlich veröffentlichten Arbeit zeigten die Forscher, dass die Ausrichtung der elektrisch erzeugten Spinpolarisation durch die Händigkeit des Nanodrahts bestimmt wird und eindeutig der Stromrichtung folgt, während ihre Größe durch ein elektrostatisches Gate manipuliert werden kann. Dies wurde durch Aufzeichnung eines großen (bis zu 7 %) und Chiralitäts-abhängigen unidirektionalen Magnetowiderstands gefunden.
Ikerbasque-Professor Luis Hueso, Leiter der Nanodevices-Gruppe, sagt: „Es war erstaunlich, die von rechts- oder linkshändigen Tellurketten gebildeten Nanodrähte dank der hochauflösenden STEM-Bilder perfekt zu identifizieren und einzeln ausgewählte Nanodrähte auf Si zu übertragen /SiO2, um die Transportexperimente durchzuführen, bei denen wir entdeckten, dass die strominduzierte Spinpolarisation bei entgegengesetzter Händigkeit der Nanodrähte umgekehrt ist.“
Francesco Calavalle et al, Gate-abstimmbare und chiralitätsabhängige Ladung-zu-Spin-Umwandlung in Tellur-Nanodrähten, Naturmaterialien (2022). DOI: 10.1038/s41563-022-01211-7