Los investigadores de UC Riverside utilizaron un enfoque poco convencional para determinar la fuerza de las interacciones del espín de los electrones con los fonones ópticos en los cristales antiferromagnéticos de óxido de níquel (NiO).

NiO es un material prometedor para dispositivos espintrónicos, donde las señales no se transmiten por corrientes eléctricas sino por ondas de espín, consistente en propagar perturbaciones en el orden de los materiales magnéticos, en forma de dominó. El equipo interdisciplinario de investigadores, dirigido por Alexander Balandin, profesor distinguido de ingeniería eléctrica e informática, utilizó espectroscopía ultravioleta Raman para investigar cómo el orden de espín afecta las energías de los fonones en estos materiales. Los fonones son cuantos de vibraciones de iones, que constituyen la red cristalina de los materiales. Los fonones pueden interactuar con los electrones y sus espines, conduciendo a la disipación de energía. Las aplicaciones prácticas de los dispositivos espintrónicos en el procesamiento de la información requieren un conocimiento preciso de la fuerza de la interacción del espín electrónico con los fonones.

"A pesar de que el óxido de níquel se ha estudiado durante muchos años, los misterios permanecieron, ", Dijo Balandin." Nuestros resultados arrojan luz sobre algunos de los enigmas de larga data que rodean este material, revelando un acoplamiento espín-fonón inusual ".

El equipo de UC Riverside también incluyó a Jing Shi, profesor de física, y Roger Lake, profesor de ingeniería eléctrica e informática, además de miembros de sus grupos de investigación, estudiantes de posgrado, e investigadores postdoctorales.

"Nuestro equipo pudo realizar esta tarea mediante el uso de espectroscopía Raman con un láser ultravioleta, en lugar de láseres de luz visible convencionales. El truco funcionó porque los picos de fonones relevantes se pueden ver con una resolución mucho mejor en el espectro de óxido de níquel bajo excitación con láser ultravioleta. "Añadió Balandin.

La investigación de la interacción espín-fonón tendrá importantes implicaciones para el desarrollo de dispositivos espintrónicos. A diferencia de los transistores electrónicos convencionales, Los dispositivos espintrónicos codifican y comunican información. no con las corrientes eléctricas, sino más bien con las corrientes de giro o las ondas de giro. Por esta razón, materiales magnéticos eléctricamente aislantes, como el óxido de níquel, se puede utilizar para almacenamiento de memoria y procesamiento de información.

Evitando corrientes eléctricas, Los dispositivos espintrónicos tienen potencial para una operación ultrarrápida y de baja disipación de energía. La interacción con fonones es uno de los mecanismos de disipación de energía en la espintrónica. Los datos informados por los investigadores de la UCR pueden ayudar a optimizar el diseño de dispositivos espintrónicos al alterar las propiedades de los fonones y la forma en que los fonones interactúan con los espines de los electrones.

"Esperamos que nuestros resultados contribuyan a una mejor comprensión de los mecanismos de las interacciones de las ondas de giro con las vibraciones de la red cristalina, y canales de pérdida de energía en dispositivos de óxido de níquel, "El próximo paso será la investigación de la interacción espín-fonón en estructuras y películas delgadas a nanoescala hechas de este importante material antiferromagnético", dijo Balandin.

"Spin-Phonon Coupling in Antiferromagnetic Nickel Oxide" fue publicado en la revista Letras de física aplicada .