La seconde moitié du 20 ^e siècle était l'ère de l'électronique, les appareils électroniques se sont miniaturisés et encore plus complexes, créant des problèmes de consommation d'énergie et de chaleur perdue. La spintronique promet de stocker ou de transporter des informations basées uniquement sur les spins, ce qui fonctionnerait plus rapidement avec beaucoup moins d'énergie. Malheureusement, contrôler le spin d'un matériau par des champs externes de manière fiable et à grande échelle reste un défi.

Les séries de dichalcogénures de métaux de transition (TMD) sont les matériaux quasi bidimensionnels les plus étudiés au-delà du graphène, avec des ondes de densité de charge, une supraconductivité et une topologie non triviale, toutes courantes dans la famille des matériaux. Diséléniure d'hafnium (HfSe₂ ) appartient à cette classe de matériaux. Les scientifiques de BESSY II ont dévoilé une nouvelle propriété de sa structure électronique qui pourrait conduire à une voie plus pratique pour générer et contrôler les courants de spin.

"Afin de passer de l'électronique à la spintronique, nous devons trouver des matériaux dans lesquels les électrons de spin up et spin down se comportent différemment", explique le premier auteur Oliver Clark. Il y a deux façons de le faire, souligne-t-il :"Nous pouvons soit perturber le matériau de manière externe afin que les électrons de spins différents deviennent fonctionnellement non équivalents, soit nous pouvons utiliser des aimants où les électrons de spins opposés sont intrinsèquement différents sur le plan fonctionnel."

Pour la première méthode, la difficulté réside dans la recherche d'appariements appropriés de matériaux et de mécanismes par lesquels le contrôle du spin peut être imposé de l'extérieur. Par exemple, dans les TMD dits à structure 2H, il faut des monocristaux parfaits et une source de lumière polarisée circulairement. En revanche, la deuxième méthode est beaucoup plus simple, mais l'intégration d'aimants dans des appareils est problématique pour le fonctionnement de composants électroniques conventionnels, en particulier à petite échelle.

La lumière polarisée linéairement fait l'affaire

Mais entre ces deux voies, il existe un terrain d'entente, du moins pour certains matériaux sélectionnés tels que HfSe₂ . "Si vous sondez ce matériau avec une lumière polarisée linéairement - qui est plus facile à produire que la lumière polarisée circulairement - le matériau agit comme un aimant en termes de structure de spin. Ainsi, la sélectivité en spin devient très facile, mais vous n'avez pas les problèmes associés à d'autres propriétés magnétiques », explique Clark. L'avantage :la qualité du cristal ou l'orientation de l'échantillon n'ont plus d'importance.

Cela fournit une voie entièrement nouvelle vers la génération de courants polarisés en spin à partir de dichalcogénures de métaux de transition. Les physiciens sont très enthousiasmés par les implications de ces travaux. "Nos résultats sont pertinents non seulement pour les physiciens concernés par les matériaux bidimensionnels en couches, mais aussi pour les spécialistes de la fabrication de dispositifs spintroniques et opto-spintroniques", déclare Clark.

La recherche a été publiée dans Nature Communications . + Explorer plus loin

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