Les dispositifs spintroniques économes en énergie sont sur le point d'être réalisés grâce à un nouveau mécanisme prédit par les physiciens de RIKEN pour la conversion entre les tourbillons de courant électrique et un courant de spin.

En plus de sa charge électrique négative, un électron a une propriété appelée spin, qui peut prendre l'une des deux valeurs :vers le haut ou vers le bas. Tout comme la charge d'un électron est exploitée pour le traitement de l'information en électronique, ainsi, le flux de spin pourrait être utilisé dans le domaine émergent de la spintronique. La spintronique a l'avantage d'être plus économe en énergie que l'électronique conventionnelle puisque, contrairement à un courant électrique, un courant de spin ne génère pas de chaleur Joule.

Un mécanisme efficace pour convertir un courant électronique en courant de spin et vice versa est crucial pour le développement de dispositifs spintroniques.

Maintenant, en utilisant des simulations numériques, Sadamichi Maekawa et Seiji Yunoki, tous deux du RIKEN Center for Emergent Matter Science, avec leurs collègues ont démontré la conversion d'un courant de spin en un vortex rotatif de courant de charge (Fig. 1).

L'équipe a eu l'idée d'exploiter l'effet Rashba, un phénomène inhabituel découvert en 1959. Il se produit sur certaines surfaces ou aux interfaces entre deux matériaux, où la structure atomique n'est plus symétrique. L'effet Rashba provoque une interaction entre le spin et le mouvement orbital d'un électron.

"Le couplage spin-orbite est un effet relativiste qui mélange le spin et le mouvement orbital des électrons, " explique Maekawa. " Le couplage Rashba est important dans les structures d'interface d'oxyde et dans certains matériaux bidimensionnels, où il produit divers nouveaux phénomènes topologiques utiles pour la spintronique."

Maekawa et ses collègues ont utilisé des simulations informatiques à grande échelle pour modéliser ce qui se passerait lorsqu'un courant de spin est injecté dans un matériau Rashba via un contact électrique de la taille d'un point. L'équipe a envisagé un arrangement dans lequel la direction des rotations est perpendiculaire au matériau Rashba, et leurs simulations ont indiqué que cela créait un flux rotatif de courant de charge. Ceci est le résultat d'une loi fondamentale selon laquelle le moment cinétique doit toujours être conservé, et ainsi la jonction convertit le moment angulaire de spin injecté principalement en moment angulaire orbital du vortex actuel.

« En électronique, la dynamique des électrons est tout :à la fois écoulement diffusif et hydrodynamique, ou turbulent, mouvement, " dit Maekawa. Cependant, en spintronique, seul le flux diffusif d'électrons a été considéré jusqu'à présent. "Avec la génération de tourbillons de courant de charge, nos travaux montrent la possibilité de la spintronique hydrodynamique, qui étend la spintronique au régime hydrodynamique des électrons."