La segunda mitad del 20 ^th siglo fue la era de la electrónica, los dispositivos electrónicos se miniaturizaron y se volvieron aún más complejos, creando problemas por su consumo de energía y calor residual. Spintronics promete almacenar o transportar información basada únicamente en giros, lo que funcionaría más rápido con mucha menos energía. Desafortunadamente, todavía es un desafío controlar el giro en un material mediante campos externos de manera confiable y a escala.

La serie de dicalcogenuro de metales de transición (TMD) son los materiales cuasi bidimensionales más intensamente estudiados más allá del grafeno, con ondas de densidad de carga, superconductividad y topología no trivial, todos comunes en toda la familia de materiales. Diseleniuro de hafnio (HfSe₂ ) pertenece a esta clase de materiales. Ahora, los científicos de BESSY II han revelado una nueva propiedad de su estructura electrónica que podría conducir a una ruta más conveniente para generar y controlar las corrientes de espín.

"Para pasar de la electrónica a la espintrónica, tenemos que encontrar materiales en los que los electrones que giran hacia arriba y hacia abajo se comporten de manera diferente", explica el primer autor Oliver Clark. Hay dos formas de hacer esto, señala:"Podemos perturbar externamente el material para que los electrones de diferentes espines se vuelvan funcionalmente no equivalentes, o podemos usar imanes donde los electrones de espines opuestos son funcionalmente diferentes intrínsecamente".

Para el primer método, la dificultad radica en encontrar combinaciones adecuadas de materiales y mecanismos mediante los cuales se pueda imponer externamente el control de giro. Por ejemplo, en los llamados TMD estructurados en 2H, se necesitan monocristales perfectos y una fuente de luz polarizada circularmente. Por el contrario, el segundo método es mucho más sencillo, pero la integración de imanes en los dispositivos es problemática para el funcionamiento de los componentes electrónicos convencionales, especialmente a pequeña escala.

La luz polarizada linealmente funciona

Pero entre esas dos formas, existe un término medio, al menos para algunos materiales selectos como HfSe₂ . "Si examina este material con luz polarizada linealmente, que es más fácil de producir que la luz polarizada circularmente, el material actúa como un imán en términos de su estructura de espín. Por lo tanto, la selectividad de espín se vuelve muy fácil, pero no tiene los problemas asociados con otras propiedades magnéticas", explica Clark. La ventaja:la calidad del cristal o la orientación de la muestra ya no importan.

Esto proporciona una ruta completamente nueva hacia la generación de corrientes polarizadas por espín a partir de dicalcogenuros de metales de transición. Los físicos están muy entusiasmados con las implicaciones de este trabajo. "Nuestros resultados son relevantes no solo para los físicos interesados ​​en materiales bidimensionales en capas, sino también para los especialistas en la fabricación de dispositivos espintrónicos y optoespintrónicos", dice Clark.

La investigación fue publicada en Nature Communications . + Explora más

Cuando la luz y los electrones giran juntos