Os pesquisadores da UC Riverside usaram uma abordagem não convencional para determinar a força das interações de spin do elétron com os fônons ópticos em cristais de óxido de níquel (NiO) antiferromagnético.

NiO é um material promissor para dispositivos spintrônicos, onde os sinais são transmitidos não por correntes elétricas, mas sim por ondas de spin, consistindo em propagação de distúrbios na ordenação de materiais magnéticos, em um estilo dominó. A equipe interdisciplinar de pesquisadores, liderado por Alexander Balandin, distinto professor de engenharia elétrica e da computação, usou a espectroscopia Raman ultravioleta para investigar como a ordem dos spin afeta as energias dos fônons nesses materiais. Fônons são quanta de vibrações de íons, que constituem a estrutura cristalina dos materiais. Os fônons podem interagir com os elétrons e seus spins, levando à dissipação de energia. As aplicações práticas dos dispositivos spintrônicos no processamento da informação requerem um conhecimento preciso da força da interação do spin do elétron com os fônons.

"Apesar de o óxido de níquel ser estudado há muitos anos, mistérios permaneceram, "Balandin disse." Nossos resultados lançam luz sobre alguns dos antigos quebra-cabeças que cercam este material, revelando um acoplamento spin-fônon incomum. "

A equipe da UC Riverside também incluiu Jing Shi, professor de física, e Roger Lake, professor de engenharia elétrica e da computação, além de membros de seus grupos de pesquisa, estudantes de graduação, e pesquisadores de pós-doutorado.

"Nossa equipe conseguiu realizar essa tarefa usando espectroscopia Raman com laser ultravioleta, em vez de lasers convencionais de luz visível. O truque funcionou porque picos de fônons relevantes podem ser vistos com resolução muito melhor no espectro de óxido de níquel sob excitação de laser ultravioleta, "Balandin acrescentou.

A investigação da interação spin-fônon terá implicações importantes para o desenvolvimento de dispositivos spintrônicos. Ao contrário dos transistores eletrônicos convencionais, dispositivos spintrônicos codificam e comunicam informações, não com as correntes elétricas, mas sim com as correntes de spin ou ondas de spin. Por esta razão, materiais magnéticos eletricamente isolantes, como óxido de níquel, pode ser usado para armazenamento de memória e processamento de informações.

Evitando correntes elétricas, dispositivos spintrônicos têm potencial para operação ultrarrápida e com baixa dissipação de energia. A interação com os fônons é um dos mecanismos de dissipação de energia na spintrônica. Os dados relatados pelos pesquisadores do UCR podem ajudar a otimizar o projeto de dispositivos spintrônicos, alterando as propriedades dos fônons e a maneira como os fônons interagem com os spins dos elétrons.

"Esperamos que nossos resultados contribuam para uma melhor compreensão dos mecanismos de interação das ondas de spin com as vibrações da rede cristalina, e canais de perda de energia em dispositivos de óxido de níquel, "Balandin disse." O próximo passo será a investigação da interação spin-fônon em filmes finos em nanoescala e estruturas feitas deste importante material antiferromagnético. "

"Spin-Phonon Coupling in Antiferromagnetic Nickel Oxide" foi publicado na revista Cartas de Física Aplicada .