Un estudio de la Universidad de Monash que revela nuevas texturas de espín en pirita podría desbloquear el potencial de estos materiales en futuros dispositivos espintrónicos.

El estudio de materiales de tipo pirita proporciona nuevos conocimientos y oportunidades para el control de espín selectivo en dispositivos de espintrónica topológica.

Buscando un nuevo giro en materiales topológicos

Los materiales topológicos tienen un gran potencial para la próxima generación, electrónica de energía ultrabaja, incluidos los dispositivos termoeléctricos y espintrónicos.

Sin embargo, una restricción en el uso de tales materiales en espintrónica ha sido que todos los materiales topológicos estudiados hasta ahora tienen estados de espín que se encuentran paralelos al plano del material, mientras que muchos / la mayoría / todos los dispositivos espintrónicos prácticos requerirían estados de giro fuera del plano.

Generar y manipular espines fuera del plano sin aplicar un campo eléctrico o magnético externo ha sido un desafío clave en la espintrónica.

El nuevo estudio de Monash Engineering demuestra por primera vez que los cristales de tipo pirita pueden albergar texturas de espín no convencionales que dependen de la dirección y la energía en la superficie. con componentes de giro en el plano y fuera del plano, en marcado contraste con las texturas de espín en materiales topológicos convencionales.

"Anteriormente se había predicho teóricamente que varios materiales de tipo pirita mostrarían las texturas de giro deseadas fuera del plan, "explica el autor principal, el Dr. Yuefeng Yin, en el Laboratorio de Materiales Computacionales de Monash Engineering.

La pirita (conocida coloquialmente como 'oro de los tontos') es un mineral de sulfuro de hierro que muestra múltiples planos internos de simetría electrónica.

"La presencia de una fuerte simetría local protege los estados de giro fuera del plan, "explica Yuefeng, "así que decidimos mirar más de cerca algunos de estos cristales".

La textura de espín no convencional descubierta abre nuevas posibilidades para la tarea necesaria de inyectar o detectar componentes de espín fuera del plano en futuros dispositivos espintrónicos topológicos.

El estudio

Control selectivo de la corriente de espín de superficie en OsX2 de tipo pirita topológico (X =Se, Te) cristales se publicó en NPJ Quantum Materials en agosto de 2019.

Usando cálculos de primeros principios, el equipo de Monash separó los estados de giro de la superficie por sus interacciones con los estados de giro en la mayor parte del material, resultando en un comportamiento altamente anisotrópico pero sintonizable.

Además de la financiación del Australian Research Council (financiación del Centro de Excelencia y de los Laureados ARC), los autores agradecen el apoyo computacional del Monash Campus Cluster, Instalación computacional del NCI y instalación de supercomputación Pawsey.

El vínculo entre la simetría y los materiales topológicos.

La presencia de fuertes la simetría local proporciona robustez topológica a los estados de espín, y la simetría es, por tanto, un fuerte predictor del comportamiento topológico, de modo que el estudio de estos fenómenos en cristales de pirita debería proporcionar pistas para el descubrimiento de muchos otros materiales topológicos nuevos.

Los aislantes topológicos son materiales novedosos que se comportan como aislantes eléctricos en su interior, pero pueden llevar una corriente a lo largo de sus bordes. A diferencia de una ruta eléctrica convencional, tales trayectorias de borde topológicas pueden transportar corriente eléctrica con una disipación de energía casi nula, lo que significa que los transistores topológicos pueden cambiar sin quemar energía.