Une étude de l'Université Monash révélant de nouvelles textures de spin dans la pyrite pourrait libérer le potentiel de ces matériaux dans les futurs dispositifs de spintronique.

L'étude des matériaux de type pyrite fournit de nouvelles perspectives et opportunités pour le contrôle sélectif du spin dans les dispositifs topologiques de spintronique.

À la recherche d'un nouveau spin dans les matériaux topologiques

Les matériaux topologiques ont un potentiel passionnant pour la prochaine génération, électronique ultra basse consommation, y compris les dispositifs thermoélectriques et spintroniques.

Cependant, une restriction à l'utilisation de tels matériaux en spintronique a été que tous les matériaux topologiques étudiés jusqu'à présent ont des états de spin parallèles au plan du matériau, tandis que beaucoup/la plupart/tous les dispositifs spintroniques pratiques nécessiteraient des états de spin hors du plan.

Générer et manipuler des spins hors du plan sans appliquer de champ électrique ou magnétique externe a été un défi majeur en spintronique.

La nouvelle étude de Monash Engineering démontre pour la première fois que les cristaux de type pyrite peuvent héberger des textures de spin non conventionnelles dépendantes de l'énergie et de la direction à la surface, avec des composantes de spin à la fois dans le plan et hors du plan, en contraste frappant avec les textures de spin dans les matériaux topologiques conventionnels.

"Un certain nombre de matériaux de type pyrite ont déjà été théoriquement prédits pour montrer les textures de spin hors plan souhaitées, " explique l'auteur principal, le Dr Yuefeng Yin, dans le laboratoire de matériaux de calcul de Monash Engineering.

La pyrite (familièrement connue sous le nom d'« or des fous ») est un minéral de sulfure de fer qui présente plusieurs plans internes de symétrie électronique.

"La présence d'une forte symétrie locale protège les états de spin hors plan, " explique Yuefeng, "Nous avons donc décidé de regarder de plus près certains de ces cristaux."

La texture de spin non conventionnelle découverte ouvre de nouvelles possibilités pour la tâche nécessaire d'injection ou de détection d'une composante de spin hors du plan dans les futurs dispositifs spintroniques topologiques.

L'étude

Contrôle sélectif du courant de spin de surface dans l'OsX2 topologique de type pyrite (X = Se, Te) crystals a été publié dans NPJ Quantum Materials en août 2019.

En utilisant les calculs des premiers principes, l'équipe Monash a séparé les états de spin de surface par leurs interactions avec les états de spin dans la masse du matériau, résultant en un comportement hautement anisotrope mais ajustable.

En plus du financement de l'Australian Research Council (financement du Centre d'excellence et des lauréats de l'ARC), les auteurs remercient le soutien informatique du Monash Campus Cluster, Installation de calcul NCI et installation de supercalcul Pawsey.

Le lien entre symétrie et matériaux topologiques

La présence de forts, la symétrie locale fournit une robustesse topologique aux états de spin, et la symétrie est donc un prédicteur fort du comportement topologique, de sorte que l'étude de ces phénomènes dans les cristaux de pyrite devrait fournir des indices vers la découverte de nombreux autres nouveaux matériaux topologiques.

Les isolants topologiques sont de nouveaux matériaux qui se comportent comme des isolants électriques à l'intérieur, mais peuvent transporter un courant le long de leurs bords. Contrairement à un chemin électrique conventionnel, de tels chemins de bord topologiques peuvent transporter un courant électrique avec une dissipation d'énergie proche de zéro, ce qui signifie que les transistors topologiques peuvent commuter sans brûler d'énergie.