L'effet de magnétorésistance est la tendance d'un matériau à modifier la valeur de sa résistance électrique dans un champ magnétique appliqué de l'extérieur. Il a été largement appliqué dans les capteurs et les têtes de disque dur. Jusque là, aucun lien n'a été établi entre la magnétorésistance existante et la texture de spin des matériaux polarisés en spin. Des chercheurs de l'Université nationale de Singapour (NUS) ont récemment fait une percée dans ce domaine, révélant une relation étroite entre la texture de spin des états de surface topologiques (TSS) et un nouveau type de magnétorésistance.

Cette avancée fondamentale est réalisée en collaboration avec des chercheurs de l'Université du Missouri, États Unis. L'équipe de recherche a observé pour la première fois une nouvelle magnétorésistance dans des isolants topologiques (TI) tridimensionnels (3-D), qui évolue linéairement avec les champs électriques et magnétiques appliqués, et montre un lien étroit avec les textures de spin dans le plan et hors du plan de TSS. La découverte de l'équipe pourrait aider à résoudre le problème de la sélection de source de courant de spin souvent rencontré dans le développement de dispositifs spintroniques.

L'équipe de recherche, dirigé par le professeur agrégé Yang Hyunsoo du département de génie électrique et informatique de la faculté de génie NUS, ont publié leurs découvertes dans la revue Physique de la nature .

Nouvelle magnétorésistance découverte dans le TI 3-D

La découverte des TI 3-D a suscité un grand intérêt parmi les chercheurs internationaux, qui cherchent désormais à comprendre les propriétés physiques de ce nouvel état de la matière et à explorer ses applications en optoélectronique et en spintronique. Jusque là, la magnétorésistance trouvée dans les TI 3-D est indépendante du courant, reflétant une réponse linéaire du transport d'électrons à un champ électrique appliqué. À la fois, un obstacle de transport existe dans la détection des propriétés de surface, en raison de l'importante contribution en vrac, qui submerge les réponses de surface.

"Dans ce travail, nous avons observé la magnétorésistance non linéaire du second ordre dans un film prototype 3-D TI Bi2Se3, et a montré qu'il est sensible au TSS. Contrairement à la magnétorésistance conventionnelle, cette nouvelle magnétorésistance montre une dépendance linéaire à la fois des champs électriques et magnétiques appliqués, " a déclaré le Dr He Pan, qui est le premier auteur de l'étude et chercheur au département.

Assoc Prof Yang ajouté, "Des calculs théoriques effectués par nos collaborateurs de l'Université du Missouri ont révélé que la résistance magnétoélectrique bilinéaire provient de la TSS verrouillée en spin-impulsion avec un gauchissement hexagonal. Du point de vue de l'origine microscopique, c'est un processus fondamentalement nouveau concernant la conversion d'un courant de spin non linéaire en un courant de charge sous le champ magnétique externe."

Nouvelle technique pour sonder la texture de spin 3-D

Sonder la texture de spin de surface est d'une importance critique pour le développement de dispositifs spintroniques basés sur TI. Cependant, l'approche réalisée à ce jour est très restreinte à des outils sophistiqués tels que la spectroscopie de photoémission.

La nouvelle résistance magnétoélectrique observée par l'équipe de recherche offre une nouvelle voie pour détecter la texture de spin 3-D dans le TSS par une simple mesure de transport électrique sans impliquer de couches ferromagnétiques supplémentaires. L'étude de l'équipe a également révélé l'effet de déformation hexagonale dans le TSS, qui ne pouvaient auparavant être déterminées que par spectroscopie de photoémission.

Commentant l'importance de la percée, Le Dr He Pan a dit :"Nos résultats peuvent être appliqués à des familles étendues de matériaux fortement polarisés en spin, comme les systèmes Rashba/Dresselhaus ainsi que les dichalcogénures de métaux de transition bidimensionnels avec des états polarisés en spin. Il fournit également une nouvelle voie pour détecter la texture de spin 3-D de ces matériaux par une simple mesure de transport. »

Avancer, Assoc Prof Yang et son équipe mènent des expériences pour augmenter l'ampleur de la nouvelle magnétorésistance en affinant les matériaux TI et l'épaisseur du film. Ils prévoient également d'intégrer et de tester la technologie dans différents matériaux. L'équipe espère travailler avec des partenaires industriels pour explorer diverses applications avec la nouvelle magnétorésistance.