Les chercheurs de l'UC Riverside ont utilisé une approche non conventionnelle pour déterminer la force des interactions de spin des électrons avec les phonons optiques dans les cristaux d'oxyde de nickel antiferromagnétique (NiO).

NiO est un matériau prometteur pour les dispositifs spintroniques, où les signaux ne sont pas transmis par des courants électriques mais plutôt par des ondes de spin, consistant à propager des perturbations dans l'ordre des matériaux magnétiques, à la manière d'un domino. L'équipe interdisciplinaire de chercheurs, dirigé par Alexandre Balandin, professeur distingué de génie électrique et informatique, utilisé la spectroscopie Raman ultraviolette pour étudier comment l'ordre des spins affecte les énergies des phonons dans ces matériaux. Les phonons sont des quanta de vibrations d'ions, qui constituent le réseau cristallin des matériaux. Les phonons peuvent interagir avec les électrons et leurs spins, entraînant une dissipation d'énergie. Les applications pratiques des dispositifs spintroniques dans le traitement de l'information nécessitent une connaissance précise de la force de l'interaction de spin des électrons avec les phonons.

"Malgré le fait que l'oxyde de nickel soit étudié depuis de nombreuses années, des mystères demeuraient, " a déclaré Balandin. "Nos résultats mettent en lumière certaines des énigmes de longue date entourant ce matériau, un couplage spin-phonon inhabituel."

L'équipe de l'UC Riverside comprenait également Jing Shi, professeur de physique, et le lac Roger, professeur de génie électrique et informatique, en plus des membres de leurs groupes de recherche, étudiants diplômés, et chercheurs postdoctoraux.

"Notre équipe a pu accomplir cette tâche en utilisant la spectroscopie Raman avec un laser ultraviolet, au lieu des lasers conventionnels à lumière visible. L'astuce a fonctionné car les pics de phonons pertinents peuvent être vus avec une bien meilleure résolution dans le spectre de l'oxyde de nickel sous excitation laser ultraviolette, " ajouta Balandin.

L'étude de l'interaction spin-phonon aura des implications importantes pour le développement de dispositifs spintroniques. Contrairement aux transistors électroniques conventionnels, les dispositifs spintroniques encodent et communiquent des informations, pas avec les courants électriques, mais plutôt avec les courants de spin ou les ondes de spin. Pour cette raison, matériaux magnétiques électriquement isolants, comme l'oxyde de nickel, peut être utilisé pour le stockage en mémoire et le traitement de l'information.

Eviter les courants électriques, Les dispositifs spintroniques ont un potentiel de fonctionnement ultra-rapide et à faible dissipation d'énergie. L'interaction avec les phonons est l'un des mécanismes de dissipation d'énergie en spintronique. Les données rapportées par les chercheurs de l'UCR peuvent aider à optimiser la conception des dispositifs spintroniques en modifiant les propriétés des phonons et la façon dont les phonons interagissent avec les spins des électrons.

"Nous espérons que nos résultats contribueront à une meilleure compréhension des mécanismes d'interaction des ondes de spin avec les vibrations du réseau cristallin, et canaux de perte d'énergie dans les dispositifs à oxyde de nickel, " Balandin a déclaré. "La prochaine étape sera l'étude de l'interaction spin-phonon dans des films minces à l'échelle nanométrique et des structures constituées de cet important matériau antiferromagnétique. "

"Spin-Phonon Coupling in Antiferromagnetic Nickel Oxide" a été publié dans la revue Lettres de physique appliquée .