229
Электроны обладают скрытым свойством — спином, которое может революционизировать технологии. Магниты могут контролировать это, но исследователи сейчас исследуют хиральные молекулы как альтернативу. Эти молекулы уникальной формы могут также хорошо направить вращение электронов, открывая новые возможности для электроники будущего.
Электроны хорошо известны своим отрицательным зарядом, играющим ключевую роль в электрических токах. Однако они обладают еще одним важным свойством: спин, или магнитный момент. Эта характеристика имеет значительный потенциал для усовершенствования технологий хранения данных, но контролировать спин электронов оказалось сложной задачей. В частности, трудно выделить электроны с определенным направлением вращения, например, со спином вверх. Один из известных методов предполагает пропускание электрического тока через ферромагнитный материал, например железо. Этот процесс выравнивает спиновую поляризацию электронов с магнитным полем материала.
Хиральные молекулы и спиновая поляризация
Альтернативный подход, исследованный в последние годы, предусматривает использование хиральных молекул — структур, не имеющих накладываемого зеркального отражения, например спиральных структур. Исследования показывают, что эти молекулы могут индуцировать поляризацию спинов на уровнях, сравнимых с ферромагнитными материалами, примерно на 60-70 процентов. Однако этот метод все еще исследуется и остается предметом дискуссии в научном сообществе.
Раскрыта гибридная золото-хиральная система
Исследователи из Университета Иоганна Гутенберга Майнца (JGU) недавно смогли подтвердить существование этого так называемого эффекта хирально-индуцированной спиновой селективности (CISS).
"Наша группа исследовала влияние хиральных молекул с помощью методов спинтроники", - подчеркнула профессор Анджела Виттманн из Института физики JGU. «Мы не пропускали ток заряда непосредственно через самые хиральные молекулы. Вместо этого мы создали гибридную систему, состоявшую из тонкой пленки золота с хиральными молекулами на ней. Хотя основная часть тока протекает через пленку золота, присутствие хиральных молекул изменяет состояние золота».
Как хиральные молекулы влияют на спиновой ток
Исследователей интересовало, как спиновой ток преобразуется в ток заряда. В пленке, состоящей из чистого золота, около трех процентов спинового тока превращается в заряд, независимо от того, ориентирован ли спин электронов вверх или вниз.
Однако в гибридизированной системе слоя золота с хиральными молекулами результат совсем другой. Если молекулы на поверхности золота правы, токи со спином электронов вверх превращаются в заряд гораздо эффективнее, чем токи со спином вниз. Результат будет прямо противоположным, если молекулы на поверхности золота являются левыми. Степень, к которой спиновой ток преобразуется в ток заряда, таким образом, зависит от хиральности молекул на поверхности золота.
«Кроме того, эффект векторный», — пояснил Виттманн. Если спиральная структура хиральной молекулы направлена вверх, этот эффект возникает только в том случае, если оборот более или менее в том же направлении или полностью противоположен этому».
С другой стороны, если направление вращения не совпадает с направлением, в котором находится спиральная структура, эффект не возникает. Следовательно, направления вращения и оси спирали должны либо соответствовать, либо быть точно противоположными друг другу.
Значение спиновой селективности
"Наши результаты являются важным вкладом в признание эффекта спиновой селективности и, следовательно, влияния хиральных молекул на спины", - подытожил Виттманн.
