Un domaine émergent qui a suscité un large éventail d'intérêt, spin caloritronics, est une émanation de la spintronique qui explore comment les courants thermiques transportent le spin des électrons. Les chercheurs en caloritronics de spin s'intéressent particulièrement à la façon dont la chaleur résiduelle pourrait être utilisée pour alimenter les dispositifs spintroniques de nouvelle génération. Certains de ces appareils potentiels vont des ordinateurs ultrarapides qui n'ont pratiquement pas besoin d'alimentation, aux nanoparticules magnétiques qui délivrent des médicaments aux cellules.

L'application de transport thermique de la caloritronique de spin est basée sur l'effet Seebeck. Dans ce phénomène, la différence de température entre un ferromagnétique (FM) et un métal non magnétique (NM) produit une tension thermoélectrique, et convertit la chaleur directement en électricité à la jonction entre les deux matériaux.

Récemment, des chercheurs de la China University of Mining and Technology ont théoriquement exposé les aspects fondamentaux de ce transport thermique le long de molécules d'ADN double brin (dsDNA). Les chercheurs ont rapporté leurs découvertes dans le Journal de physique appliquée .

"Les résultats de nos recherches ouvrent la possibilité de créer de nouveaux dispositifs thermoélectriques fonctionnels à base d'ADNdb et d'autres molécules organiques, " dit Long Bai, un chercheur de l'Université de Chine et co-auteur de l'article.

On sait que l'ADN se comporte comme un conducteur ou un semi-conducteur, et il y a eu de nombreuses études sur l'incorporation de molécules d'ADN dans des dispositifs spintroniques. Mais, jusqu'à maintenant, les chercheurs n'ont pas exploré comment la polarisation thermique peut contrôler le courant de spin dans une molécule d'ADNdb.

En utilisant la méthode de la fonction de Green hors d'équilibre, les chercheurs ont étudié le transport spin-Seebeck induit par la chaleur à travers une molécule d'ADNdb prise en sandwich entre un plomb FM et un plomb NM à différentes températures. Ils ont découvert que leur dispositif théorique basé sur l'ADNdb peut agir comme une diode de spin (charge)-Seebeck, interrupteur ou transistor.

"Nous avons constaté que le courant de spin (charge)-Seebeck entraîné par la polarisation de la température présente un comportement de rectification significatif, et ainsi une diode spin(charge)-Seebeck est obtenue, " dit Bai.

Les chercheurs se sont concentrés sur la fonction de chiralité inhérente à l'ADNdb qui agit comme un filtre pour permettre la sélection de spin. La chiralité se produit lorsqu'une image miroir d'un objet n'est pas superposable, par exemple, mains et pieds.

La structure en double hélice torsadée de l'ADN présente une chiralité. Cette structure d'ADN aligne les électrons dans une direction car le gradient de température conduit les électrons du matériau ferromagnétique plus chaud vers le métal non ferreux plus froid.

"L'asymétrie des deux brins dans un ADNdb peut induire un transport polarisé en spin plus important, " dit Bai. " Cependant, cela ne signifie pas que l'asymétrie permet à la rotation d'aller dans un sens ou dans l'autre."

Les chercheurs ont découvert que l'augmentation incessante de l'angle hélicoïdal dans leur modèle spin-Seebeck d'ADNdb peut amener les deux brins de la molécule à s'approcher d'un état d'alignement étroit, diminuant la chiralité et affaiblissant l'effet spin(charge)-Seebeck.

"Toutefois, ce qui est remarquable, " Bai dit, "est-ce qu'un courant de spin pur avec un courant de charge nul peut être obtenu en termes de tension de grille, qui représente l'effet spin-Seebeck parfait."