En studie från Monash University som avslöjar nya spinntexturer i pyrit kan låsa upp materialets potential i framtida spintronics -enheter.

Studien av material av pyrit-typ ger nya insikter och möjligheter för selektiv spinnkontroll i topologiska spintronics-enheter.

Söker ny snurr i topologiska material

Topologiska material har en spännande potential för nästa generations, ultralåg energi, inklusive termoelektriska och spintroniska enheter.

Dock, en begränsning av användningen av sådana material i spintronik har varit att alla topologiska material som studerats hittills har spinntillstånd som ligger parallellt med materialets plan, medan många/de flesta/alla praktiska spintronic-enheter skulle kräva spinntillstånd utanför planet.

Att generera och manipulera out-of-plane-snurr utan att applicera ett externt elektriskt eller magnetiskt fält har varit en viktig utmaning inom spintronics.

Den nya Monash Engineering-studien visar för första gången att kristaller av pyrit-typ kan vara värd för okonventionella energi- och riktningsberoende spinntexturer på ytan, med både in-plane och out-of-plane spin-komponenter, i skarp kontrast till spinntexturer i konventionella topologiska material.

"Ett antal material av pyrit-typ har tidigare teoretiskt förutspåtts för att visa de önskade out-of-plan-spin-texturerna, "förklarar huvudförfattaren Dr Yuefeng Yin, i Monash Engineering Computational Materials Lab.

Pyrit (i allmänhet känd som "dårens guld") är ett järnsulfidmineral som visar flera interna plan av elektronisk symmetri.

"Närvaron av stark lokal symmetri skyddar out-of-plan spin-tillstånd, "förklarar Yuefeng, "så vi bestämde oss för att titta närmare på några av dessa kristaller."

Den okonventionella centrifugering av centrifugering öppnar nya möjligheter för den nödvändiga uppgiften att injicera eller detektera spinnkomponent utanför planet i framtida topologiska spintroniska enheter.

Studien

Selektiv kontroll av ytspinnström i topologisk pyrit-typ OsX2 (X =Se, Te) kristaller publicerades i NPJ Quantum Materials i augusti 2019.

Med hjälp av första principberäkningar, Monash -teamet separerade ytspinntillstånd genom deras interaktioner med spinntillstånd i huvuddelen av materialet, vilket resulterar i mycket anisotrop men avstämbart beteende.

Förutom finansiering från Australian Research Council (Center of Excellence och ARC Laureates -finansiering) erkänner författarna tacksamt beräkningsstöd från Monash Campus Cluster, NCI -beräkningsanläggning och Pawsey Supercomputing Facility.

Länken mellan symmetri och topologiska material

Närvaron av starka, lokal symmetri ger topologisk robusthet för spinntillstånd, och symmetri är därför en stark förutsägare för topologiskt beteende, så att studier av dessa fenomen i pyritkristaller bör ge ledtrådar mot upptäckten av många andra nya topologiska material.

Topologiska isolatorer är nya material som beter sig som elektriska isolatorer i deras inre, men kan bära en ström längs kanterna. Till skillnad från en konventionell elektrisk väg, sådana topologiska kantvägar kan bära elektrisk ström med nästan noll avledning av energi, vilket betyder att topologiska transistorer kan växla utan att bränna energi.