Прорыв в спинтронике: хиральные магнитные наноструктуры контролируют вращения при комнатной температуре!
Спинтроника, или спин-электроника, — это инновационный подход к обработке информации, использующий спин электронов вместо потока заряда. Она обещает более быстрые и энергоэффективные устройства хранения данных и логики. Ключевой вызов — разработка материалов для точного контроля спина электронов.
Исследователи под руководством профессора Янг Кеун Кима из Корейского университета и Ки Тхэ Нама из Сеульского национального университета создали хиральные магнитные наноструктуры, управляющие спином при комнатной температуре. Работа опубликована в журнале Science.
"Эти нанополоски достигают спиновой поляризации свыше 80% благодаря геометрии и магнетизму", — отметил профессор Ким. Он добавил, что сочетание структурной хиральности и ферромагнетизма позволяет фильтровать спин без сложных магнитных схем или криогеники, открывая новый путь управления электронами через структурное проектирование.
Команда синтезировала левосторонние и правосторонние спирали, контролируя кристаллизацию металла электрохимически. Добавление малых количеств хиральных органических молекул, таких как цинхонин или хинхонидин, направляло формирование спиралей с заданной направленностью — редкий результат для неорганических систем.
Эксперименты показали, что правосторонние структуры пропускают спин преимущественно в одном направлении, блокируя противоположное. Это первая трехмерная неорганическая спиральная наноструктура для контроля спина.
"Хиральность легко контролируется в органике, но сложно в металлах на наноуровне. Добавление хиральных молекул — прорыв в химии материалов", — сказал профессор Нам.
Для проверки хиральности использовали метод на основе ЭДС в вращающихся магнитных полях. Левая и правая спирали генерировали противоположные сигналы, подтверждая хиральность даже в материалах, слабо взаимодействующих со светом.
Магнитный материал обеспечивает перенос спина на большие расстояния при комнатной температуре благодаря высокой энергии обмена. Это асимметричный эффект, независимый от угла инжекции спина, не наблюдаемый в немагнитных спиралях.
Команда продемонстрировала устройство с проводимостью, зависящей от хиральности, открывая путь к приложениям в спинтронике. Профессор Ким отметил: "Эта система может стать платформой для хиральной спинтроники и магнитных наноструктур".
Метод позволяет регулировать направление спина (влево/вправо) и количество нитей (двойные, множественные спирали) электрохимически, что внесет вклад в новые области применения.
