Pesquisadores da Universidade Estadual da Carolina do Norte e da Universidade de Pittsburgh estudaram como a informação de spin de um elétron, chamada corrente de spin pura, se move através de materiais quirais. Eles descobriram que a direção na qual os spins são injetados nos materiais quirais afeta sua capacidade de passar através deles. Esses "gateways" quirais poderiam ser usados ​​para projetar dispositivos spintrônicos com eficiência energética para armazenamento de dados, comunicação e computação.



Os dispositivos spintrônicos aproveitam o spin de um elétron, em vez de sua carga, para criar corrente e mover informações através de dispositivos eletrônicos.

"Um dos objetivos da spintrônica é mover informações de rotação através de um material sem ter que mover a carga associada, porque mover a carga consome mais energia - é por isso que seu telefone e computador esquentam quando você os usa por muito tempo, " diz David Waldeck, professor de química na Escola de Artes e Ciências Kenneth P. Dietrich de Pitt e co-autor correspondente do trabalho.

Sólidos quirais são materiais que não podem ser sobrepostos à sua imagem espelhada – pense nas suas mãos esquerda e direita, por exemplo. Uma luva para canhotos não cabe na mão direita e vice-versa. A quiralidade em materiais spintrônicos permite aos pesquisadores controlar a direção do spin dentro do material.

"Antes deste trabalho, pensava-se que o sentido de quiralidade, ou 'lateralidade', de um material era muito importante para saber como e se o spin se moveria através desse material," diz Dali Sun, professor associado de física, membro do o Laboratório de Eletrônica Orgânica e de Carbono (ORaCEL) da Universidade Estadual da Carolina do Norte e co-autor correspondente do trabalho.

"E quando você move todo o elétron através do material, isso ainda é verdade. Mas descobrimos que se você injetar spin puro em um material quiral, a absorção da corrente de spin depende fortemente do ângulo entre a polarização do spin e o eixo quiral; em outras palavras, se a polarização do spin está alinhada paralelamente ou perpendicularmente ao eixo quiral."

"Usamos duas abordagens diferentes, excitação de partículas por micro-ondas e aquecimento ultrarrápido a laser, para injetar spin puro nos materiais quirais selecionados neste estudo, e ambas as abordagens nos deram a mesma conclusão", diz Jun Liu, professor associado de engenharia mecânica e aeroespacial. membro da ORaCEL na NC State e co-autor correspondente do trabalho.

"Os materiais quirais que escolhemos são dois filmes finos de óxido de cobalto quiral, cada um com uma quiralidade diferente, ou 'lateralidade'", diz Liu. "Filmes finos de óxido de cobalto não quirais são comumente usados ​​na eletrônica moderna."

Quando a equipe injetou spin puro alinhado perpendicularmente ao eixo quiral do material, eles notaram que o spin não viajava através do material. No entanto, quando o spin puro foi alinhado paralelamente ou antiparalelamente ao eixo quiral, sua absorção, ou capacidade de passar através do material, melhorou em 3.000%.

“Como o spin só pode passar por esses materiais quirais em uma direção, isso poderia nos permitir projetar portais quirais para uso em dispositivos eletrônicos”, diz Sun. "E este trabalho também desafia parte do que pensávamos saber sobre materiais quirais e spin, que é algo que queremos explorar mais a fundo."

O trabalho aparece em Science Advances . O pesquisador de pós-doutorado da NC State, Rui Sun, o estudante de pós-graduação da NC State, Ziqi Wang, e o professor assistente de pesquisa da Universidade de Pittsburgh, Brian Bloom, são co-autores.

Mais informações: Rui Sun et al, Absorção anisotrópica colossal de correntes de spin induzidas por quiralidade, Science Advances (2024). DOI:10.1126/sciadv.adn3240
Informações do diário: Avanços da ciência

Fornecido pela Universidade Estadual da Carolina do Norte