Магнитные наноспирали научились управлять спинами электронов при комнатной температуре

Ученые из Корейского университета и Сеульского национального университета разработали магнитные наноспирали, способные контролировать направление спинов электронов при комнатной температуре. Это достижение может значительно продвинуть развитие спинтроники — технологии, использующей собственный угловой момент электронов вместо электрического заряда для более эффективной обработки информации.

Направление закручивания металлических наночастиц контролируется добавлением хиральных молекул в процессе электрохимического восстановления ионов металла. Автор: Korea University and Seoul National University

Исследователям под руководством профессора Ён Кина Кима и профессора Ки Тэ Нама удалось создать лево- и правозакрученные хиральные магнитные наноспирали, которые демонстрируют поляризацию спинов превышающую 80%. Ключевой инновацией стало добавление следовых количеств хиральных органических молекул (таких как хинонин или хинидин), которые направляли формирование спиралей с определенной направленностью.

«Это редкое сочетание структурной хиральности и собственного ферромагнетизма, позволяющее осуществлять спиновую фильтрацию при комнатной температуре без сложных магнитных схем или криогеники», — заявил профессор Ким.

Эксперименты показали, что правозакрученные спирали предпочтительно пропускают один направление спина, блокируя противоположное. Для подтверждения хиральности исследователи разработали новый метод оценки на основе электродвижущей силы, измеряя ЭДС, генерируемую спиралями во вращающихся магнитных полях.

«Тот факт, что мы можем программировать направление неорганических спиралей просто добавляя хиральные молекулы, является прорывом в химии материалов», — отметил профессор Нам.

Магнитный материал обеспечивает дальний транспорт спинов при комнатной температуре благодаря сильной энергии обмена. Эффект сохраняется независимо от угла между хиральной осью и направлением инжекции спинов. Команда также продемонстрировала твердотельное устройство, показывающее зависимые от хиральности сигналы проводимости.

Исследование опубликовано в журнале Science. Ученые считают, что эта система может стать платформой для хиральной спинтроники и архитектуры хиральных магнитных наноструктур.