Les phonons chiraux créent un courant de spin sans avoir besoin de matériaux magnétiques

16 févr.2023 (Actualités Nanowerk) Des chercheurs de l'Université d'État de Caroline du Nord et de l'Université de Caroline du Nord à Chapel Hill ont utilisé des phonons chiraux pour convertir la chaleur perdue en informations de spin - sans avoir besoin de matériaux magnétiques. La découverte pourrait conduire à de nouvelles classes de dispositifs spintroniques moins coûteux et économes en énergie pour une utilisation dans des applications allant de la mémoire informatique aux réseaux électriques. Dispositifs spintroniques sont des appareils électroniques qui exploitent le spin d'un électron, plutôt que sa charge, pour créer un courant utilisé pour le stockage de données, la communication et l'informatique. Les dispositifs caloritroniques de spin – appelés ainsi parce qu'ils utilisent l'énergie thermique pour créer un courant de spin – sont prometteurs car ils peuvent convertir la chaleur perdue en informations de spin, ce qui les rend extrêmement économes en énergie. Cependant, les dispositifs caloritroniques de spin actuels doivent contenir des matériaux magnétiques afin de créer et de contrôler le spin de l'électron. "Nous avons utilisé des phonons chiraux pour créer un courant de spin à température ambiante sans avoir besoin de matériaux magnétiques", explique Dali Sun, professeur agrégé de physique et membre de l'Organic and Carbon Electronics Lab (ORaCEL) de la North Carolina State University. "En appliquant un gradient thermique à un matériau contenant des phonons chiraux, vous pouvez diriger leur moment cinétique et créer et contrôler le courant de spin." déclare Jun Liu, professeur agrégé de génie mécanique et aérospatial à NC State et membre ORaCEL. Liu et Sun sont co-auteurs correspondants de la recherche, qui apparaît dans Nature Materials ("Effet Seebeck de spin activé par les phonons chiraux"). Les phonons chiraux sont des groupes d'atomes qui se déplacent dans une direction circulaire lorsqu'ils sont excités par une source d'énergie - dans ce cas, la chaleur. Lorsque les phonons se déplacent à travers un matériau, ils propagent ce mouvement circulaire, ou moment cinétique, à travers celui-ci. Le moment cinétique sert de source de spin et la chiralité dicte la direction du spin. "Les matériaux chiraux sont des matériaux qui ne peuvent pas être superposés à leur image miroir", explique Sun. "Pensez à vos mains droite et gauche - elles sont chirales. Vous ne pouvez pas mettre un gant gaucher sur une main droite, ou vice versa. Cette « latéralité » est ce qui nous permet de contrôler la direction de rotation, ce qui est important si vous souhaitez utiliser ces appareils pour le stockage de la mémoire. Les chercheurs ont démontré des courants de spin générés par des phonons chiraux dans une pérovskite hybride organique-inorganique bidimensionnelle en utilisant un gradient thermique pour introduire de la chaleur dans le système. "Un gradient est nécessaire car la différence de température dans le matériau - du chaud au froid - entraîne le mouvement des phonons chiraux à travers celui-ci", explique Liu. "Le gradient thermique nous permet également d'utiliser la chaleur résiduelle capturée pour générer un courant de spin." Les chercheurs espèrent que les travaux conduiront à des dispositifs spintroniques moins chers à produire et pouvant être utilisés dans une plus grande variété d'applications. "Éliminer le besoin de magnétisme dans ces appareils signifie que vous ouvrez grand la porte en termes d'accès aux matériaux potentiels", déclare Liu. "Et cela signifie également une rentabilité accrue." "L'utilisation de la chaleur résiduelle plutôt que des signaux électriques pour générer un courant de spin rend le système économe en énergie - et les appareils peuvent fonctionner à température ambiante", explique Sun. "Cela pourrait conduire à une variété de dispositifs spintroniques beaucoup plus large que celle dont nous disposons actuellement."

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• La source: https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/newsid=62394.php