Chirale fononer skaber spinstrøm uden behov for magnetiske materialer

16. februar 2023 (Nanowerk nyheder) Forskere fra North Carolina State University og University of North Carolina ved Chapel Hill brugte chirale fononer til at konvertere spildt varme til spin-information - uden at have brug for magnetiske materialer. Fundet kan føre til nye klasser af billigere, energieffektive spintroniske enheder til brug i applikationer lige fra beregningshukommelse til elnet. Spintronic enheder er elektroniske enheder, der udnytter en elektrons spin snarere end dens ladning til at skabe strøm, der bruges til datalagring, kommunikation og databehandling. Spin-kaloritroniske enheder – såkaldt fordi de bruger termisk energi til at skabe spinstrøm – er lovende, fordi de kan omdanne spildvarme til spin-information, hvilket gør dem ekstremt energieffektive. Nuværende spin-kaloritroniske enheder skal dog indeholde magnetiske materialer for at skabe og kontrollere elektronens spin. "Vi brugte chirale fononer til at skabe en spinstrøm ved stuetemperatur uden at have brug for magnetiske materialer," siger Dali Sun, lektor i fysik og medlem af Organic and Carbon Electronics Lab (ORaCEL) ved North Carolina State University. "Ved at anvende en termisk gradient på et materiale, der indeholder chirale fononer, kan du styre deres vinkelmomentum og skabe og kontrollere spinstrøm." siger Jun Liu, lektor i mekanisk og rumfartsteknik ved NC State og ORaCEL-medlem. Både Liu og Sun er co-korresponderende forfattere af forskningen, som vises i Nature Materials ("Chiral-phonon-aktiveret spin Seebeck effekt"). Chirale fononer er grupper af atomer, der bevæger sig i en cirkulær retning, når de exciteres af en energikilde - i dette tilfælde varme. Når fononerne bevæger sig gennem et materiale, udbreder de den cirkulære bevægelse eller vinkelmomentum gennem det. Vinkelmomentet tjener som kilden til spin, og chiraliteten dikterer retningen af ​​spindet. "Chirale materialer er materialer, der ikke kan lægges oven på deres spejlbillede," siger Sun. “Tænk på dine højre og venstre hænder – de er chirale. Du kan ikke sætte en venstrehåndshandske på en højre hånd, eller omvendt. Denne 'håndhed' er det, der giver os mulighed for at kontrollere spin-retningen, hvilket er vigtigt, hvis du vil bruge disse enheder til hukommelseslagring." Forskerne demonstrerede chirale fonon-genererede spinstrømme i en todimensionel lagdelt hybrid organisk-uorganisk perovskit ved at bruge en termisk gradient til at introducere varme til systemet. "En gradient er nødvendig, fordi temperaturforskellen i materialet - fra varmt til koldt - driver bevægelsen af ​​de chirale fononer igennem det," siger Liu. "Den termiske gradient giver os også mulighed for at bruge opfanget spildvarme til at generere spinstrøm." Forskerne håber, at arbejdet vil føre til spintroniske enheder, der er billigere at producere og kan bruges i en bredere række af applikationer. "At eliminere behovet for magnetisme i disse enheder betyder, at du åbner døren på vid gab med hensyn til adgang til potentielle materialer," siger Liu. "Og det betyder også øget omkostningseffektivitet." "Brug af spildvarme i stedet for elektriske signaler til at generere spinstrøm gør systemet energieffektivt - og enhederne kan fungere ved stuetemperatur," siger Sun. "Dette kan føre til et meget bredere udvalg af spintronic-enheder, end vi har til rådighed i øjeblikket."

• SEO Powered Content & PR Distribution. Bliv forstærket i dag.
• Platoblokkæde. Web3 Metaverse Intelligence. Viden forstærket. Adgang her.
• Kilde: https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/newsid=62394.php