Andra halvan av den 20 ^e talet var elektronikens tid, elektroniska enheter blev miniatyriserade och ännu mer komplexa, vilket skapade problem för deras energiförbrukning och spillvärme. Spintronics lovar att lagra eller transportera information baserat på enbart snurr, vilket skulle fungera snabbare med mycket mindre energi. Tyvärr är det fortfarande en utmaning att kontrollera spinn i ett material utifrån externa fält på ett tillförlitligt och i skala.

Övergångsmetalldikalkogenid-serien (TMD) är de mest intensivt studerade kvasi tvådimensionella materialen bortom grafen, med laddningstäthetsvågor, supraledning och icke-trivial topologiska alla vanliga i materialfamiljen. Hafniumdiselenid (HfSe₂ ) tillhör denna klass av material. Nu har forskare vid BESSY II avslöjat en ny egenskap hos dess elektroniska struktur som kan leda till en mer bekväm väg att generera och kontrollera spinnströmmar.

"För att växla från elektronik till spintronik måste vi hitta material där elektroner som snurrar upp och ner beter sig olika", förklarar första författaren Oliver Clark. Det finns två sätt att göra detta, påpekar han:"Vi kan antingen externt störa materialet så att elektroner från olika spinn blir funktionellt olikvärdiga, eller så kan vi använda magneter där elektronerna i motsatta spins är funktionellt olika i sig."

För den första metoden ligger svårigheten i att hitta lämpliga parningar av material och mekanismer genom vilka spinnkontroll kan påtvingas externt. Till exempel, i de så kallade 2H-strukturerade TMD:erna behöver man perfekta enkristaller och en cirkulärt polariserad ljuskälla. Däremot är den andra metoden mycket enklare, men att integrera magneter i enheter är problematiskt för driften av konventionella elektroniska komponenter, särskilt i liten skala.

Linjärt polariserat ljus gör susen

Men mellan dessa två sätt finns det en medelväg, åtminstone för vissa utvalda material som HfSe₂ . "Om du undersöker detta material med linjärt polariserat ljus - vilket är lättare att producera än cirkulärt polariserat ljus - fungerar materialet som en magnet när det gäller dess spinnstruktur. Så spin-selektiviteten blir väldigt lätt, men du har inte problemen förknippade med andra magnetiska egenskaper," förklarar Clark. Fördelen:Kristallkvalitet eller orientering av provet spelar ingen roll längre.

Detta ger en helt ny väg mot generering av spin-polariserade strömmar från övergångsmetalldikalkogenider. Fysikerna är mycket entusiastiska över konsekvenserna av detta arbete. "Våra resultat är inte bara relevanta för fysiker som arbetar med skiktade tvådimensionella material, utan även för specialister inom tillverkning av spintroniska och opto-spintroniska enheter," säger Clark.

Forskningen publicerades i Nature Communications . + Utforska vidare

När ljus och elektroner snurrar tillsammans