I fononi chirali creano corrente di spin senza bisogno di materiali magnetici

I fononi chirali creano corrente di spin senza bisogno di materiali magnetici

Timestamp: 16 febbraio 2023 3:19
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16 febbraio 2023 (Notizie Nanowerk) I ricercatori della North Carolina State University e della University of North Carolina a Chapel Hill hanno utilizzato fononi chirali per convertire il calore disperso in informazioni di spin, senza bisogno di materiali magnetici. La scoperta potrebbe portare a nuove classi di dispositivi spintronici meno costosi ed efficienti dal punto di vista energetico da utilizzare in applicazioni che vanno dalla memoria computazionale alle reti elettriche. Dispositivi spintronici sono dispositivi elettronici che sfruttano lo spin di un elettrone, piuttosto che la sua carica, per creare corrente utilizzata per l'archiviazione dei dati, la comunicazione e l'elaborazione. I dispositivi spin caloritronici, così chiamati perché utilizzano l'energia termica per creare corrente di spin, sono promettenti perché possono convertire il calore disperso in informazioni di spin, il che li rende estremamente efficienti dal punto di vista energetico. Tuttavia, gli attuali dispositivi caloritronici di spin devono contenere materiali magnetici per creare e controllare lo spin dell'elettrone. "Abbiamo utilizzato fononi chirali per creare una corrente di spin a temperatura ambiente senza bisogno di materiali magnetici", afferma Dali Sun, professore associato di fisica e membro dell'Organic and Carbon Electronics Lab (ORaCEL) presso la North Carolina State University. "Applicando un gradiente termico a un materiale che contiene fononi chirali, è possibile dirigere il loro momento angolare e creare e controllare la corrente di spin". afferma Jun Liu, professore associato di ingegneria meccanica e aerospaziale presso NC State e membro di ORaCEL. Sia Liu che Sun sono autori corrispondenti della ricerca, che appare in Nature Materials ("Effetto Seebeck di spin attivato da fononi chirali"). I fononi chirali sono gruppi di atomi che si muovono in direzione circolare quando eccitati da una fonte di energia, in questo caso il calore. Quando i fononi si muovono attraverso un materiale, propagano quel movimento circolare, o momento angolare, attraverso di esso. Il momento angolare funge da fonte di rotazione e la chiralità detta la direzione della rotazione. "I materiali chirali sono materiali che non possono essere sovrapposti alla loro immagine speculare", afferma Sun. “Pensa alle tue mani destra e sinistra: sono chirali. Non puoi mettere un guanto mancino su una mano destra, o viceversa. Questa "manualità" è ciò che ci consente di controllare la direzione di rotazione, che è importante se si desidera utilizzare questi dispositivi per l'archiviazione della memoria". I ricercatori hanno dimostrato correnti di spin generate da fononi chirali in una perovskite organica-inorganica ibrida a strati bidimensionali utilizzando un gradiente termico per introdurre calore nel sistema. “Un gradiente è necessario perché la differenza di temperatura nel materiale – da caldo a freddo – guida il movimento dei fononi chirali attraverso di esso”, dice Liu. "Il gradiente termico ci consente anche di utilizzare il calore di scarto catturato per generare corrente di rotazione". I ricercatori sperano che il lavoro porti a dispositivi spintronici più economici da produrre e utilizzabili in una più ampia varietà di applicazioni. "Eliminare la necessità del magnetismo in questi dispositivi significa aprire la porta in termini di accesso a potenziali materiali", afferma Liu. "E questo significa anche una maggiore efficienza in termini di costi." "L'utilizzo del calore disperso anziché dei segnali elettrici per generare corrente di spin rende il sistema efficiente dal punto di vista energetico e i dispositivi possono funzionare a temperatura ambiente", afferma Sun. "Questo potrebbe portare a una varietà molto più ampia di dispositivi spintronici rispetto a quelli attualmente disponibili".

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