Lors de l’injection de spin pur dans des matériaux chiraux, la direction compte

Des chercheurs de l’Université d’État de Caroline du Nord et de l’Université de Pittsburgh ont étudié comment l’information sur le spin d’un électron, appelée courant de spin pur, se déplace à travers les matériaux chiraux. Ils ont découvert que la direction dans laquelle les spins sont injectés dans les matériaux chiraux affecte leur capacité à les traverser. Ces « passerelles » chirales pourraient être utilisées pour concevoir des dispositifs spintroniques économes en énergie pour le stockage de données, la communication et l’informatique.

Les appareils spintroniques exploitent le spin d’un électron, plutôt que sa charge, pour créer du courant et déplacer des informations dans les appareils électroniques.

« L’un des objectifs de la spintronique est de déplacer les informations de spin à travers un matériau sans avoir également à déplacer la charge associée, car déplacer la charge nécessite plus d’énergie. C’est pourquoi votre téléphone et votre ordinateur chauffent lorsque vous les utilisez pendant une longue période. » déclare David Waldeck, professeur de chimie à la Kenneth P. Dietrich School of Arts and Sciences de Pitt et co-auteur correspondant de l’ouvrage.

Les solides chiraux sont des matériaux qui ne peuvent pas être superposés à leur image miroir – pensez par exemple à vos mains gauche et droite. Un gant pour gaucher ne convient pas à votre main droite, et vice versa. La chiralité dans les matériaux spintroniques permet aux chercheurs de contrôler la direction de rotation au sein du matériau.

« Avant ce travail, on pensait que le sens de la chiralité, ou de la « maniabilité », d’un matériau était très important pour savoir comment et si le spin se déplacerait à travers ce matériau », explique Dali Sun, professeur agrégé de physique, membre de le laboratoire d’électronique organique et carbonée (ORaCEL) de l’université d’État de Caroline du Nord et auteur co-correspondant de l’ouvrage.

« Et lorsque vous déplacez l’électron entier à travers le matériau, cela reste vrai. Mais nous avons constaté que si vous injectez du spin pur dans un matériau chiral, l’absorption du courant de spin dépend fortement de l’angle entre la polarisation du spin et l’axe chiral ; en d’autres termes, si la polarisation de spin est alignée parallèlement ou perpendiculairement à l’axe chiral. »

« Nous avons utilisé deux approches différentes, l’excitation de particules micro-ondes et le chauffage laser ultrarapide, pour injecter un spin pur dans les matériaux chiraux sélectionnés dans cette étude, et les deux approches nous ont donné la même conclusion », explique Jun Liu, professeur agrégé de génie mécanique et aérospatial. membre d’ORaCEL à NC State et co-auteur correspondant de l’ouvrage.

« Les matériaux chiraux que nous avons choisis sont deux films minces d’oxyde de cobalt chiraux, chacun avec une chiralité différente, ou » côté « , explique Liu. « Les films minces d’oxyde de cobalt non chiraux sont couramment utilisés dans l’électronique moderne. »

Lorsque l’équipe a injecté un spin pur aligné perpendiculairement à l’axe chiral du matériau, elle a noté que le spin ne traversait pas le matériau. Cependant, lorsque le spin pur était aligné parallèlement ou antiparallèlement à l’axe chiral, son absorption, ou sa capacité à traverser le matériau, s’améliorait de 3 000 %.

« Comme le spin ne peut traverser ces matériaux chiraux que dans une seule direction, cela pourrait nous permettre de concevoir des passerelles chirales destinées à être utilisées dans des appareils électroniques », explique Sun. « Et ce travail remet également en question une partie de ce que nous pensions savoir sur les matériaux chiraux et le spin, ce que nous souhaitons explorer davantage. »

L’œuvre apparaît dans Avancées scientifiques. Rui Sun, chercheur postdoctoral dans l’État de Caroline du Nord, Ziqi Wang, étudiant diplômé de l’État de Caroline du Nord, et Brian Bloom, professeur adjoint de recherche à l’Université de Pittsburgh, sont les co-premiers auteurs.