La spintronique est prometteuse pour les futurs appareils électroniques à faible consommation. Le spin est une propriété de mécanique quantique des électrons qui peut être mieux imaginée comme des électrons tournant autour de leurs propres axes, les obligeant à se comporter comme de petites aiguilles de boussole. Un courant de spins d'électrons pourrait être utilisé dans des dispositifs électroniques. Cependant, pour générer un courant de spin approprié, vous avez besoin d'un aimant relativement grand. Une méthode alternative qui utilise un type particulier de molécule a été proposée, mais la grande question est de savoir si cela fonctionne. Université de Groningue Ph.D. l'étudiant Xu Yang a construit un modèle théorique qui décrit comment tester cette nouvelle méthode.

La rotation peut avoir deux directions, généralement désigné par "haut" et "bas". Dans un courant électronique normal, il y a des quantités égales des deux directions de spin, mais l'utilisation du spin pour transférer des informations nécessite un surplus d'une direction. Cela se fait généralement en injectant des électrons dans un dispositif spintronique à travers un ferromagnétique, ce qui favorisera le passage d'un type de vrille. "Mais les ferroaimants sont encombrants par rapport aux autres composants, " dit Yang.

ADN

C'est pourquoi une percée de 2011 qui a été publiée dans Science attire de plus en plus l'attention. Cet article a rapporté que le passage d'un courant à travers une monocouche de doubles hélices d'ADN favoriserait un type de spin. Les molécules d'ADN sont chirales, ce qui signifie qu'ils peuvent exister sous deux formes qui sont des images miroir, comme une main gauche et une main droite. Le phénomène a été surnommé « sélectivité de spin induite chirale » (CISS), et au cours des dernières années, plusieurs expériences ont été publiées montrant prétendument cet effet CISS, même dans les appareils électroniques.

"Mais nous n'étions pas si sûrs, " explique Yang. Un type d'expérience a utilisé une monocouche de fragments d'ADN, tandis qu'un autre a utilisé un microscope à force atomique pour mesurer le courant à travers des molécules uniques. Différentes hélices chirales ont été utilisées dans les expériences. "Les modèles expliquant pourquoi ces molécules favoriseraient l'un des spins ont fait beaucoup d'hypothèses, par exemple, sur la forme des molécules et le chemin emprunté par les électrons."

Circuits

Yang a donc entrepris de créer un modèle générique pour décrire comment les spins traverseraient différents circuits sous un régime linéaire (c'est-à-dire le régime dans lequel les appareils électroniques fonctionnent). « Ces modèles reposaient sur des règles universelles, indépendant du type de molécule, " explique Yang. L'une de ces règles est la conservation des charges, qui stipule que chaque électron qui entre dans un circuit devrait éventuellement en sortir. Une deuxième règle est la réciprocité, qui stipule que si vous échangez les rôles des contacts de tension et de courant dans un circuit, le signal doit rester le même.

Prochain, Yang a décrit comment ces règles affecteraient la transmission et la réflexion des spins dans différents composants, par exemple, une molécule chirale et un ferromagnétique entre deux contacts. Les règles universelles lui ont permis de calculer ce qui est arrivé aux spins dans ces composants. Il a ensuite utilisé les composants pour modéliser des circuits plus complexes. Cela lui a permis de calculer à quoi s'attendre si les molécules chirales montraient l'effet CISS et à quoi s'attendre si elles ne le faisaient pas.

Convaincant

Lorsqu'il a modélisé les expériences du CISS publiées jusqu'à présent, Yang a découvert que certains le sont, En effet, peu concluant. "Ces expériences ne sont pas assez convaincantes. Elles ne montrent pas de différence entre les molécules avec et sans CISS, du moins pas dans le régime linéaire des appareils électroniques. tout appareil utilisant seulement deux contacts ne prouvera pas l'existence du CISS. La bonne nouvelle est que Yang a conçu des circuits à quatre contacts qui permettront aux scientifiques de détecter l'effet CISS dans les appareils électroniques. "Je travaille actuellement aussi sur un tel circuit, mais comme il est composé de blocs de construction moléculaires, c'est tout un défi."

En publiant son modèle maintenant, Yang espère que davantage de scientifiques commenceront à construire les circuits qu'il a proposés, et pourra enfin prouver l'existence du CISS dans les appareils électroniques. "Ce serait une grande contribution à la société, car cela peut permettre une toute nouvelle approche de l'avenir de l'électronique."