キラル材料に純粋なスピンを導入する場合、方向が重要です

ノースカロライナ州立大学とピッツバーグ大学の研究者は、純粋スピン流と呼ばれる電子スピン情報がキラル材料中をどのように移動するかを研究しました。 彼らは、キラル材料へのスピン注入の方向がキラル材料の通過能力に影響を与えることを発見しました。 これらのキラル「ゲート」は、データ保存、通信、コンピューティング用のエネルギー効率の高いスピントロニクス デバイスの設計に使用できます。

スピントロニクス デバイスは、電子の電荷ではなく電子のスピンを利用して電流を生成し、電子デバイスに情報を送ります。

「スピントロニクスの目標の 1 つは、関連する電荷を移動させることなく、物質内でスピン情報を移動させることです。電荷の移動にはより多くのエネルギーが必要となるため、携帯電話やコンピューターを長時間使用すると熱くなるのはこのためです。」ピットのケネス・P・ディートリッヒ芸術科学科の化学教授で論文の共著者でもあるデビッド・ウォルデック氏はこう語る。

キラル固体は重ね合わせることができない物質です 鏡像—たとえば、左手と右手を考えてみましょう。 左利き用の手袋は右手にはフィットしませんし、その逆も同様です。 スピントロニクス材料のキラリティにより、研究者は材料内のスピンの方向を制御できます。

「この研究が行われる前は、材料のキラリティー、つまり『キラリティー』は、スピンが材料中をどのように移動するか、また移動するかどうかを決定する上で非常に重要であると考えられていました」と、この研究のメンバーで物理学の准教授であるダリ・サン氏は述べた。ノースカロライナ州立大学の有機・炭素エレクトロニクス研究所 (ORaCEL) の研究者であり、この研究の共著者です。

「そして、すべての電子を物質中を移動させても、それは依然として真実です。 しかし、純粋なスピンをキラル材料に注入すると、スピン流の吸収がスピン偏極とキラル軸の間の角度に強く依存することがわかりました。 言い換えれば、スピン偏極がキラル軸に対して平行か垂直かということです。」

「この研究で選択したキラル材料に純粋なスピンを注入するために、マイクロ波粒子励起と超高速レーザー加熱という 2 つの異なるアプローチを使用しましたが、どちらのアプローチでも同じ結論が得られました」と工学および機械工学の准教授 Jun Liu 氏は述べています。 。 航空宇宙工学ノースカロライナ州立大学の ORaCEL のメンバーであり、この作品の共著者でもあります。

「私たちが選んだキラル材料は、キラルな酸化コバルトの2枚の薄膜で、それぞれが異なるキラル特性、つまり「利き手」特性を持っています」とLiu氏は語った。 「現代のエレクトロニクスでは、非キラルな酸化コバルト薄膜が一般的に使用されています。」

研究チームが材料のキラル軸に対して垂直に整列した純粋なスピンを注入したところ、スピンが材料中を移動しないことに気づきました。 ただし、純粋なスピンがキラル軸に対して平行または反平行に整列すると、その吸収、つまり材料を通過する能力が 3000% 増加します。

「スピンはこれらのキラル材料を一方向にのみ通過できるため、これにより電子デバイスで使用するキラルゲートを設計できるようになります」とサン氏は述べた。 「そしてこの研究は、キラル物質とスピンについて私たちが知っていると思っていたことの一部に疑問を投げかけるものでもあり、それは私たちがさらに探求したいことです。」

作品に登場したのは、 科学の進歩。 ノースカロライナ州博士研究員の Rui Sun 氏、ノースカロライナ州立大学大学院生の Ziqi Wang 氏、ピッツバーグ大学研究助教授の Brian Bloom 氏が共同筆頭著者です。