Chirale fononen creëren spinstroom zonder dat er magnetische materialen nodig zijn

16 februari 2023 (Nanowerk Nieuws) Onderzoekers van de North Carolina State University en de University of North Carolina in Chapel Hill gebruikten chirale fononen om verspilde warmte om te zetten in spininformatie – zonder dat er magnetische materialen nodig waren. De bevinding zou kunnen leiden tot nieuwe klassen van goedkopere, energie-efficiënte spintronische apparaten voor gebruik in toepassingen variërend van computergeheugen tot elektriciteitsnetwerken. Spintronische apparaten zijn elektronische apparaten die de spin van een elektron benutten, in plaats van de lading ervan, om stroom te creëren die wordt gebruikt voor gegevensopslag, communicatie en computergebruik. Spincaloritronische apparaten – zo genoemd omdat ze thermische energie gebruiken om spinstroom te creëren – zijn veelbelovend omdat ze afvalwarmte kunnen omzetten in spininformatie, waardoor ze extreem energiezuinig zijn. De huidige spin-caloritronische apparaten moeten echter magnetische materialen bevatten om de spin van het elektron te creëren en te beheersen. "We gebruikten chirale fononen om een ​​spinstroom te creëren bij kamertemperatuur zonder dat we magnetische materialen nodig hadden", zegt Dali Sun, universitair hoofddocent natuurkunde en lid van het Organic and Carbon Electronics Lab (ORaCEL) aan de North Carolina State University. "Door een thermische gradiënt toe te passen op een materiaal dat chirale fononen bevat, kun je hun impulsmoment sturen en spinstroom creëren en beheersen." zegt Jun Liu, universitair hoofddocent mechanische en ruimtevaarttechniek bij NC State en ORaCEL-lid. Zowel Liu als Sun zijn co-corresponderende auteurs van het onderzoek, dat verschijnt in Natuur materialen ("Chiraal-fonon-geactiveerd spin Seebeck-effect"). Chirale fononen zijn groepen atomen die in een cirkelvormige richting bewegen wanneer ze worden aangeslagen door een energiebron – in dit geval warmte. Terwijl de fononen door een materiaal bewegen, verspreiden ze die cirkelvormige beweging of impulsmoment er doorheen. Het impulsmoment dient als de bron van spin en de chiraliteit bepaalt de richting van de spin. "Chirale materialen zijn materialen die niet op hun spiegelbeeld kunnen worden gelegd", zegt Sun. “Denk aan je rechter- en linkerhand – ze zijn chiraal. Je kunt een linkshandige handschoen niet om een ​​rechterhand doen, of andersom. Deze 'handigheid' stelt ons in staat om de draairichting te controleren, wat belangrijk is als je deze apparaten wilt gebruiken voor geheugenopslag." De onderzoekers toonden chirale fonon-gegenereerde spinstromen aan in een tweedimensionale gelaagde hybride organisch-anorganische perovskiet door een thermische gradiënt te gebruiken om warmte in het systeem te brengen. "Een gradiënt is nodig omdat het temperatuurverschil in het materiaal - van warm naar koud - de beweging van de chirale fononen er doorheen drijft", zegt Liu. "De thermische gradiënt stelt ons ook in staat om opgevangen afvalwarmte te gebruiken om spinstroom te genereren." De onderzoekers hopen dat het werk zal leiden tot spintronische apparaten die goedkoper te produceren zijn en in een grotere verscheidenheid aan toepassingen kunnen worden gebruikt. "Door de noodzaak van magnetisme in deze apparaten weg te nemen, zet je de deur wijd open wat betreft toegang tot potentiële materialen", zegt Liu. “En dat betekent ook meer kosteneffectiviteit.” "Het gebruik van afvalwarmte in plaats van elektrische signalen om spinstroom te genereren, maakt het systeem energiezuinig - en de apparaten kunnen op kamertemperatuur werken", zegt Sun. "Dit zou kunnen leiden tot een veel grotere verscheidenheid aan spintronische apparaten dan we momenteel beschikbaar hebben."

• Door SEO aangedreven content en PR-distributie. Word vandaag nog versterkt.
• Platoblockchain. Web3 Metaverse Intelligentie. Kennis versterkt. Toegang hier.
• Bron: https://www.nanowerk.com/nanotechnology-news2/newsid=62394.php