Kiraaliset fononit luovat spinvirtaa ilman magneettisia materiaaleja

16. helmikuuta 2023 (Nanowerk-uutiset) Pohjois-Carolinan osavaltion yliopiston ja Chapel Hillin North Carolinan yliopiston tutkijat käyttivät kiraalisia fononeja muuntaakseen hukkaan heitetyn lämmön spin-informaatioksi – ilman magneettisia materiaaleja. Löytö voi johtaa uusiin halvempien, energiatehokkaiden spintronilaitteiden luokkiin käytettäväksi sovelluksissa, jotka vaihtelevat laskennallisesta muistista sähköverkkoihin. Spintronic-laitteet ovat elektronisia laitteita, jotka hyödyntävät elektronin spiniä sen varauksen sijaan virran luomiseksi, jota käytetään tiedon tallentamiseen, viestintään ja laskemiseen. Spin kaloritronilaitteet – ns. koska ne käyttävät lämpöenergiaa spinvirran luomiseen – ovat lupaavia, koska ne voivat muuntaa hukkalämmön spin-informaatioksi, mikä tekee niistä erittäin energiatehokkaita. Nykyisten spin kaloritronilaitteiden on kuitenkin sisällettävä magneettisia materiaaleja elektronin spinin luomiseksi ja hallitsemiseksi. "Käytimme kiraalisia fononeja luodaksemme pyörimisvirran huoneenlämpötilassa ilman magneettisia materiaaleja", sanoo Dali Sun, fysiikan apulaisprofessori ja Organic and Carbon Electronics Labin (ORaCEL) jäsen North Carolina State Universitystä. "Soveltamalla lämpögradienttia materiaaliin, joka sisältää kiraalisia fononeja, voit ohjata niiden kulmamomenttia ja luoda ja ohjata spinvirtaa." sanoo Jun Liu, NC Staten mekaniikka- ja ilmailutekniikan apulaisprofessori ja ORaCELin jäsen. Sekä Liu että Sun ovat rinnakkaiskirjoittajia tutkimuksessa, joka ilmestyy vuonna Luonto Materiaalit ("Kiraali-fononiaktivoitu spin Seebeck-efekti"). Kiraaliset fononit ovat atomiryhmiä, jotka liikkuvat ympyräsuunnassa energialähteen – tässä tapauksessa lämmön – virityksessä. Kun fononit liikkuvat materiaalin läpi, ne levittävät tätä ympyräliikettä tai kulmamomenttia sen läpi. Kulmamomentti toimii spinin lähteenä, ja kiraalisuus sanelee spinin suunnan. "Kiraaliset materiaalit ovat materiaaleja, joita ei voida asettaa niiden peilikuvan päälle", Sun sanoo. "Ajattele oikeaa ja vasenta kättäsi – ne ovat kiraalisia. Et voi laittaa vasenkätistä käsinettä oikeaan käteen tai päinvastoin. Tämä "kätisyys" antaa meille mahdollisuuden ohjata pyörimissuuntaa, mikä on tärkeää, jos haluat käyttää näitä laitteita muistin tallentamiseen. Tutkijat osoittivat kiraalisia fononien synnyttämiä spinvirtoja kaksiulotteisessa kerroksellisessa hybridi-orgaanis-epäorgaanisessa perovskiitissa käyttämällä lämpögradienttia lämmön tuomiseksi järjestelmään. "Tarvitaan gradientti, koska materiaalin lämpötilaero - kuumasta kylmään - ohjaa kiraalisten fononien liikettä sen läpi", Liu sanoo. "Lämpögradientin ansiosta voimme myös käyttää talteen otettua hukkalämpöä pyöritysvirran tuottamiseen." Tutkijat toivovat, että työ johtaa spintronisiin laitteisiin, jotka ovat halvempia valmistaa ja joita voidaan käyttää laajempiin sovelluksiin. "Magnetismin tarpeen poistaminen näissä laitteissa tarkoittaa, että avaat oven laajalle pääsyn mahdollisiin materiaaleihin", Liu sanoo. "Ja se tarkoittaa myös parempaa kustannustehokkuutta." "Hukkalämmön käyttäminen sähköisten signaalien sijaan pyöritysvirran tuottamiseen tekee järjestelmästä energiatehokkaan - ja laitteet voivat toimia huoneenlämmössä", Sun sanoo. "Tämä voisi johtaa paljon laajempaan valikoimaan spintronic-laitteita kuin meillä on tällä hetkellä saatavilla."

• SEO-pohjainen sisällön ja PR-jakelu. Vahvista jo tänään.
• Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligence. Tietoa laajennettu. Pääsy tästä.
• Lähde: https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/newsid=62394.php