Des chercheurs du Centre basque de recherche en nanosciences CIC nanoGUNE (Saint-Sébastien, Espagne), en collaboration avec POLYMAT (Saint-Sébastien, Espagne), l’Institut de physique de l’Université Martin Luther Halle-Wittenberg et l’Institut Max Planck de physique des microstructures (tous deux à Halle, Allemagne) ont démontré la génération, la manipulation et la détection entièrement électriques de la polarisation de spin dans des nanofils de tellure monocristallin chiraux.
Les résultats, publiés dans Matériaux naturels (« Gate-tuneable and chirality-dependent charge-to-spin conversion in tellurium nanowires »), ouvrent la voie au développement de dispositifs spintroniques sans aimant basés sur la chiralité.
Les matériaux chiraux sont un terrain de jeu idéal pour explorer la relation entre la symétrie, les effets relativistes et le transport électronique.
Par exemple, les molécules organiques chirales ont été intensivement étudiées pour générer électriquement des courants polarisés en spin au cours de la dernière décennie, mais leur faible conductivité électronique limite leur potentiel d’applications.
À l’inverse, les matériaux inorganiques chiraux tels que le tellure ont une excellente conductivité électrique, mais leur potentiel pour permettre le contrôle électrique de la polarisation de spin dans les dispositifs reste incertain.
Dans ce travail récemment publié, les chercheurs ont démontré que l’orientation de la polarisation de spin générée électriquement est déterminée par la sensibilité des nanofils et suit uniquement la direction du courant, tandis que son amplitude peut être manipulée par une porte électrostatique. Cela a été trouvé en enregistrant une magnétorésistance unidirectionnelle importante (jusqu’à 7%) et dépendante de la chiralité.
Le professeur d’Ikerbasque Luis Hueso, chef du groupe Nanodevices, a déclaré : « Il a été étonnant d’identifier parfaitement les nanofils formés par des chaînes de tellure droites ou gauches grâce aux images STEM haute résolution, et de transférer des nanofils sélectionnés individuellement sur Si /SiO2 afin de mener à bien les expériences de transport qui nous ont fait découvrir que la polarisation de spin induite par le courant est inversée pour une direction opposée des nanofils. »
Francesco Calavalle et al, Conversion charge-spin accordable par porte et dépendante de la chiralité dans les nanofils de tellure, Matériaux naturels (2022). DOI : 10.1038/s41563-022-01211-7