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2024-05-04 08:31:37
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わかりました！ アキラルおよびキラルチャネルを介したスピン流吸収と、L-Co、D-Co、M-Co 薄膜の特性の概略図。 クレジット: Science Advances (2024)。 DOI: 10.1126/sciadv.adn3240
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アキラルおよびキラルチャネルを介したスピン流吸収と、L-Co、D-Co、M-Co 薄膜の特性の概略図。 クレジット: Science Advances (2024)。 DOI: 10.1126/sciadv.adn3240
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らは、純粋スピン流と呼ばれる電子の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た。 彼らは、スピンがキラル材料に注入される方向が、キラル材料を通過する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「ゲートウェイ」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る可能性があります。
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、電子デバイス内に情報を送ります。
「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、材料を通じて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です。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大学院の化学教授であり、この論文の共同著者であるデイビッド・ウォルデック氏は言う。
キラル固体は、それらを重ね合わせることができない物質です。 鏡像—たとえば、左手と右手について考えてみましょう。 左利き用のグローブ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までは、材料のキラリティの感覚、つまり『利き手』が、スピンがその材料中をどのように移動するか、またその材料中を移動するかどうかにとって非常に重要であると考えられていました」と、物理学の准教授であり、同研究会のメンバーであるダリ・サン氏は言う。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、この研究の共同責任著者でもあります。
「そして、電子全体を物質中を移動させているとき、これは依然として真実です。しかし、純粋なスピンをキラル物質に注入すると、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に配向しているか、垂直に配向しているかということです。」
「この研究では、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。」と機械工学准教授の 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 ORaCEL のメンバーであり、この作品の共同連絡著者。
「私たちが選んだキラル材料は、それぞれ異なるキラリティ、つまり『利き手』を持つ 2 つのキラル酸化コバルト薄膜です」と Liu 氏は言います。 「非キラル酸化コバルト薄膜は現代のエレクトロニクスで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、スピンが材料を通過しないことに気づきました。 しかし、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、その吸収または材料を通過する能力は 3000% 向上しました。
「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ためのキラルゲートウェイを設計できる可能性があります」とサン氏は言う。 「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挑戦するものでもあり、それは私たちがさらに探求したいことです。」
この作品は『Science Advances』に掲載されています。 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。
詳しくは：
Rui Sun et al、キラリティーによって誘導されたスピン流の巨大な異方性吸収、Science Advances (2024)。 DOI: 10.1126/sciadv.adn3240
雑誌情報:
科学の進歩
#純粋なスピンをキラル材料に注入する場合方向が重要です
