Fônons quirais criam corrente de spin sem a necessidade de materiais magnéticos

16 de fevereiro de 2023 (Notícias do Nanowerk) Pesquisadores da North Carolina State University e da University of North Carolina em Chapel Hill usaram fônons quirais para converter o calor desperdiçado em informações de spin – sem a necessidade de materiais magnéticos. A descoberta pode levar a novas classes de dispositivos spintrônicos menos caros e energeticamente eficientes para uso em aplicações que variam de memória computacional a redes elétricas. Dispositivos spintrônicos são dispositivos eletrônicos que aproveitam a rotação de um elétron, em vez de sua carga, para criar corrente usada para armazenamento de dados, comunicação e computação. Dispositivos caloritrônicos de spin – assim chamados porque utilizam energia térmica para criar corrente de spin – são promissores porque podem converter calor residual em informações de spin, o que os torna extremamente eficientes em termos energéticos. No entanto, os dispositivos caloritrônicos de spin atuais devem conter materiais magnéticos para criar e controlar o spin do elétron. “Usamos fônons quirais para criar uma corrente de rotação à temperatura ambiente sem a necessidade de materiais magnéticos”, diz Dali Sun, professor associado de física e membro do Organic and Carbon Electronics Lab (ORaCEL) da North Carolina State University. “Ao aplicar um gradiente térmico a um material que contém fônons quirais, você pode direcionar seu momento angular e criar e controlar a corrente de rotação”. diz Jun Liu, professor associado de engenharia mecânica e aeroespacial na NC State e membro da ORaCEL. Ambos Liu e Sun são co-autores correspondentes da pesquisa, que aparece em Nature Materials (“Efeito Seebeck de giro ativado por fônon quiral”). Fônons quirais são grupos de átomos que se movem em uma direção circular quando excitados por uma fonte de energia – neste caso, o calor. À medida que os fônons se movem através de um material, eles propagam esse movimento circular, ou momento angular, através dele. O momento angular serve como fonte de spin, e a quiralidade dita a direção do spin. “Materiais quirais são materiais que não podem ser sobrepostos em sua imagem espelhada”, diz Sun. “Pense em suas mãos direita e esquerda – elas são quirais. Você não pode colocar uma luva de canhoto na mão direita, ou vice-versa. Essa 'manipulação' é o que nos permite controlar a direção do giro, o que é importante se você quiser usar esses dispositivos para armazenamento de memória.” Os pesquisadores demonstraram correntes de spin geradas por fônons quirais em uma perovskita orgânica-inorgânica híbrida em camadas bidimensionais, usando um gradiente térmico para introduzir calor no sistema. “Um gradiente é necessário porque a diferença de temperatura no material – de quente para frio – impulsiona o movimento dos fônons quirais através dele”, diz Liu. “O gradiente térmico também nos permite usar o calor residual capturado para gerar corrente de rotação.” Os pesquisadores esperam que o trabalho leve a dispositivos spintrônicos que sejam mais baratos de produzir e possam ser usados ​​em uma ampla variedade de aplicações. “Eliminar a necessidade de magnetismo nesses dispositivos significa que você está abrindo a porta em termos de acesso a materiais potenciais”, diz Liu. “E isso também significa maior custo-benefício.” “Usar calor residual em vez de sinais elétricos para gerar corrente de rotação torna o sistema energeticamente eficiente – e os dispositivos podem operar em temperatura ambiente”, diz Sun. “Isso pode levar a uma variedade muito maior de dispositivos spintrônicos do que os disponíveis atualmente”.

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