Um estudo da Monash University revelando novas texturas de spin na pirita poderia desbloquear o potencial desses materiais em futuros dispositivos spintrônicos.

O estudo de materiais do tipo pirita fornece novos insights e oportunidades para o controle de spin seletivo em dispositivos topológicos de spintrônica.

Buscando novo spin em materiais topológicos

Materiais topológicos têm potencial estimulante para a próxima geração, eletrônica ultra-baixo consumo de energia, incluindo dispositivos termoelétricos e spintrônicos.

Contudo, uma restrição ao uso de tais materiais em spintrônica é que todos os materiais topológicos estudados até agora têm estados de spin paralelos ao plano do material, enquanto muitos / a maioria / todos os dispositivos spintrônicos práticos exigiriam estados de spin fora do plano.

Gerar e manipular spins fora do plano sem aplicar um campo elétrico ou magnético externo tem sido um desafio chave na spintrônica.

O novo estudo da Monash Engineering demonstra pela primeira vez que os cristais do tipo pirita podem hospedar texturas de rotação não convencionais dependentes de energia e direção na superfície, com componentes de spin no plano e fora do plano, em nítido contraste com texturas de spin em materiais topológicos convencionais.

"Uma série de materiais do tipo pirita foram teoricamente previstos para mostrar as texturas de spin fora do plano desejadas, "explica o autor principal, Dr. Yuefeng Yin, no Laboratório de Materiais Computacionais da Monash Engineering.

A pirita (coloquialmente conhecida como 'ouro do tolo') é um mineral de sulfeto de ferro que exibe vários planos internos de simetria eletrônica.

"A presença de forte simetria local protege estados de spin fora do plano, "explica Yuefeng, "então decidimos olhar mais de perto alguns desses cristais."

A textura de spin não convencional descoberta abre novas possibilidades para a tarefa necessária de injetar ou detectar componentes de spin fora do plano em futuros dispositivos spintrônicos topológicos.

O estudo

Controle seletivo da corrente de rotação superficial em OsX2 tipo pirita topológica (X =Se, Te) crystals foi publicado na NPJ Quantum Materials em agosto de 2019.

Usando cálculos de primeiros princípios, a equipe da Monash separou os estados de spin da superfície por suas interações com os estados de spin na maior parte do material, resultando em comportamento altamente anisotrópico, mas ajustável.

Além do financiamento do Australian Research Council (financiamento do Centro de Excelência e ARC Laureates), os autores agradecem o apoio computacional do Monash Campus Cluster, Instalação computacional NCI e instalação de supercomputação Pawsey.

A ligação entre simetria e materiais topológicos

A presença de forte, simetria local fornece robustez topológica para estados de spin, e a simetria é, portanto, um forte preditor do comportamento topológico, de modo que estudar esses fenômenos em cristais de pirita deve fornecer pistas para a descoberta de muitos outros novos materiais topológicos.

Isoladores topológicos são novos materiais que se comportam como isolantes elétricos em seu interior, mas pode levar uma corrente ao longo de suas bordas. Ao contrário de um caminho elétrico convencional, tais caminhos de borda topológicos podem transportar corrente elétrica com dissipação de energia quase zero, o que significa que os transistores topológicos podem alternar sem queimar energia.