При введении чистого спина в хиральные материалы направление имеет значение.

Исследователи из Университета штата Северная Каролина и Университета Питтсбурга изучили, как спиновая информация электрона, называемая чистым спиновым током, перемещается через киральные материалы. Они обнаружили, что направление, в котором спины инжектируются в хиральные материалы, влияет на их способность проходить сквозь них. Эти киральные «шлюзы» могут быть использованы для разработки энергоэффективных устройств спинтроники для хранения данных, связи и вычислений.

Устройства спинтроники используют вращение электрона, а не его заряд, для создания тока и перемещения информации через электронные устройства.

«Одной из целей спинтроники является перемещение информации о вращении через материал без необходимости перемещения соответствующего заряда, потому что перемещение заряда требует больше энергии — именно поэтому ваш телефон и компьютер нагреваются, когда вы используете их в течение длительного времени», — говорит Дэвид Вальдек, профессор химии Школы искусств и наук Кеннета П. Дитриха Питта и соавтор работы.

Хиральные твердые тела — это материалы, которые нельзя наложить на свое зеркальное отражение — подумайте, например, о левой и правой руках. Перчатка для левой руки не подойдет на правую руку, и наоборот. Хиральность материалов спинтроники позволяет исследователям контролировать направление вращения внутри материала.

«До этой работы считалось, что чувство киральности или «направленности» материала очень важно для того, как и будет ли вращение проходить через этот материал», — говорит Дали Сан, доцент кафедры физики, член Лаборатория органической и углеродной электроники (ORaCEL) Университета штата Северная Каролина и соавтор работы.

«И когда вы перемещаете весь электрон через материал, это все еще верно. Но мы обнаружили, что если вы впрыскиваете чистый спин в киральный материал, поглощение спинового тока сильно зависит от угла между спиновой поляризацией и киральной осью; другими словами, ориентирована ли спиновая поляризация параллельно или перпендикулярно киральной оси».

«Мы использовали два разных подхода: микроволновое возбуждение частиц и сверхбыстрый лазерный нагрев, чтобы ввести чистый спин в выбранные киральные материалы в этом исследовании, и оба подхода дали нам один и тот же вывод», — говорит Цзюнь Лю, доцент кафедры механической и аэрокосмической техники. член ORaCEL в штате Северная Каролина и соавтор работы.

«Хиральные материалы, которые мы выбрали, представляют собой две тонкие пленки хирального оксида кобальта, каждая из которых имеет разную хиральность или «направленность», — говорит Лю. «Нехиральные тонкие пленки оксида кобальта широко используются в современной электронике».

Когда команда ввела чистый спин, ориентированный перпендикулярно киральной оси материала, они заметили, что спин не проходит через материал. Однако, когда чистый спин был расположен параллельно или антипараллельно хиральной оси, его поглощение или способность проходить через материал улучшалось на 3000%.

«Поскольку спин может проходить через эти киральные материалы только в одном направлении, это может позволить нам разработать киральные шлюзы для использования в электронных устройствах», — говорит Сан. «И эта работа также бросает вызов некоторым из того, что, как мы думали, мы знали о киральных материалах и вращении, и это то, что мы хотим исследовать дальше».

Работа появляется в Достижения науки. Постдокторант штата Северная Каролина Руи Сунь, аспирант штата Северная Каролина Цзыци Ван и доцент-исследователь Университета Питтсбурга Брайан Блум являются соавторами.