Investigadores de la Universidad Estatal de Carolina del Norte y la Universidad de Pittsburgh estudiaron cómo la información de espín de un electrón, llamada corriente de espín pura, se mueve a través de materiales quirales. Descubrieron que la dirección en la que se inyectan los espines en los materiales quirales afecta su capacidad para atravesarlos. Estas "puertas de enlace" quirales podrían utilizarse para diseñar dispositivos espintrónicos energéticamente eficientes para el almacenamiento de datos, la comunicación y la informática.
Los dispositivos espintrónicos aprovechan el giro de un electrón, en lugar de su carga, para crear corriente y mover información a través de dispositivos electrónicos.
"Uno de los objetivos de la espintrónica es mover la información del espín a través de un material sin tener que mover también la carga asociada, porque mover la carga requiere más energía; es por eso que tu teléfono y tu computadora se calientan cuando los usas durante mucho tiempo". dice David Waldeck, profesor de química en la Escuela de Artes y Ciencias Kenneth P. Dietrich de Pitt y coautor correspondiente del trabajo.
Los sólidos quirales son materiales que no se pueden superponer en su imagen especular; piense en sus manos izquierda y derecha, por ejemplo. Un guante para zurdos no cabe en la mano derecha y viceversa. La quiralidad de los materiales espintrónicos permite a los investigadores controlar la dirección del giro dentro del material.
"Antes de este trabajo, se pensaba que el sentido de quiralidad o 'orientación' de un material era muy importante para determinar cómo y si el espín se movería a través de ese material", dice Dali Sun, profesor asociado de física, miembro de del Laboratorio de Electrónica Orgánica y de Carbono (ORaCEL) de la Universidad Estatal de Carolina del Norte y coautor correspondiente del trabajo.
"Y cuando mueves todo el electrón a través del material, eso sigue siendo cierto. Pero descubrimos que si inyectas espín puro en un material quiral, la absorción de la corriente de espín depende en gran medida del ángulo entre la polarización del espín y el eje quiral; en otras palabras, si la polarización del espín está alineada paralela o perpendicular al eje quiral."
"Utilizamos dos enfoques diferentes, la excitación de partículas por microondas y el calentamiento por láser ultrarrápido, para inyectar espín puro en los materiales quirales seleccionados en este estudio, y ambos enfoques nos dieron la misma conclusión", dice Jun Liu, profesor asociado de ingeniería mecánica y aeroespacial, miembro de ORaCEL en NC State y coautor correspondiente del trabajo.
"Los materiales quirales que elegimos son dos películas delgadas de óxido de cobalto quirales, cada una con una quiralidad o 'orientación' diferente", dice Liu. "Las películas delgadas de óxido de cobalto no quirales se utilizan comúnmente en la electrónica moderna."
Cuando el equipo inyectó espín puro alineado perpendicular al eje quiral del material, notaron que el espín no viajaba a través del material. Sin embargo, cuando el espín puro se alineó paralelo o antiparalelo al eje quiral, su absorción o capacidad de atravesar el material mejoró en un 3000%.
"Dado que el espín sólo puede atravesar estos materiales quirales en una dirección, esto podría permitirnos diseñar puertas de enlace quirales para su uso en dispositivos electrónicos", afirma Sun. "Y este trabajo también desafía algo de lo que creíamos saber sobre los materiales quirales y el espín, que es algo que queremos explorar más a fondo".
El trabajo aparece en Science Advances . El investigador postdoctoral de NC State, Rui Sun, el estudiante graduado de NC State, Ziqi Wang, y el profesor asistente de investigación de la Universidad de Pittsburgh, Brian Bloom, son coautores.
Más información: Rui Sun et al, Colosal absorción anisotrópica de corrientes de espín inducidas por quiralidad, Avances científicos (2024). DOI:10.1126/sciadv.adn3240
Información de la revista: Avances científicos
Proporcionado por la Universidad Estatal de Carolina del Norte
