Forskare från North Carolina State University och University of Pittsburgh studerade hur spinninformationen hos en elektron, kallad en ren spinnström, rör sig genom kirala material. De fann att riktningen i vilken spinnen injiceras i kirala material påverkar deras förmåga att passera genom dem. Dessa kirala "gateways" skulle kunna användas för att designa energieffektiva spintroniska enheter för datalagring, kommunikation och datoranvändning.
Spintroniska enheter utnyttjar en elektrons spinn, snarare än dess laddning, för att skapa ström och flytta information genom elektroniska enheter.
"Ett av målen inom spintronics är att flytta spinninformation genom ett material utan att också behöva flytta den tillhörande laddningen, eftersom att flytta laddningen tar mer energi - det är därför din telefon och dator blir varma när du använder dem under en längre tid." säger David Waldeck, professor i kemi vid Pitts Kenneth P. Dietrich School of Arts and Sciences och medförfattare till verket.
Kirala fasta ämnen är material som inte kan läggas ovanpå sin spegelbild - tänk till exempel på dina vänstra och högra händer. En vänsterhänt handske passar inte på din högra hand och vice versa. Kiralitet i spintroniska material gör det möjligt för forskare att styra spinnriktningen i materialet.
"Före detta arbete trodde man att känslan av kiralitet, eller "handedness", hos ett material var mycket viktig för hur och om spinnet skulle röra sig genom det materialet, säger Dali Sun, docent i fysik, medlem i Organic and Carbon Electronics Lab (ORaCEL) vid North Carolina State University och medförfattare till verket.
"Och när du flyttar hela elektronen genom materialet är det fortfarande sant. Men vi fann att om du injicerar rent spinn i ett kiralt material, beror absorptionen av spinström starkt på vinkeln mellan spinnpolarisationen och den kirala axeln; med andra ord, om spinnpolarisationen är inriktad parallellt eller vinkelrätt mot den kirala axeln."
"Vi använde två olika tillvägagångssätt, mikrovågspartikelexcitation och ultrasnabb laseruppvärmning, för att injicera ren spinn i de utvalda kirala materialen i denna studie, och båda tillvägagångssätten gav oss samma slutsats", säger Jun Liu, docent i mekanisk och rymdteknik, medlem av ORaCEL vid NC State och medförfattare till verket.
"De kirala materialen vi valde är två tunna filmer av kiral koboltoxid, var och en med olika kiralitet, eller "handedness", säger Liu. "Icke-kirala tunna filmer av koboltoxid används ofta i modern elektronik."
När teamet injicerade rent spinn i linje vinkelrätt mot materialets kirala axel, noterade de att spinnet inte färdades genom materialet. Men när det rena spinnet var inriktat antingen parallellt eller antiparallellt med den kirala axeln, förbättrades dess absorption eller förmåga att passera genom materialet med 3000 %.
"Eftersom spinn bara kan passera genom dessa kirala material i en riktning, kan detta göra det möjligt för oss att designa kirala gateways för användning i elektroniska enheter", säger Sun. "Och det här arbetet utmanar också en del av det vi trodde att vi visste om kirala material och spinn, vilket är något vi vill utforska vidare."
Verket visas i Science Advances . NC State postdoktoralforskare Rui Sun, NC State doktorand Ziqi Wang och University of Pittsburgh Research Assistant Professor Brian Bloom är medförfattare.
Mer information: Rui Sun et al, Kolossal anisotropisk absorption av spinnströmmar inducerad av kiralitet, Science Advances (2024). DOI:10.1126/sciadv.adn3240
Journalinformation: Vetenskapens framsteg
Tillhandahålls av North Carolina State University
