키랄 포논은 자성 물질 없이도 스핀 전류를 생성합니다.

[아름이]

키랄 포논은 자성 물질 없이도 스핀 전류를 생성합니다.
날짜:
2023년 2월 13일
원천:
노스캐롤라이나 주립대학교
요약:
연구자들은 자성 재료 없이도 낭비되는 열을 스핀 정보로 변환하기 위해 키랄 포논을 개발했습니다. 이 발견은 컴퓨팅 메모리에서 전력 그리드에 이르는 응용 분야에서 사용하기 위한 새로운 종류의 저렴하고 에너지 효율적인 스핀트로닉스 장치로 이어질 수 있습니다.

전체 이야기
North Carolina State University와 University of North Carolina at Chapel Hill의 연구원들은 키랄 포논을 사용하여 자성 물질 없이도 낭비되는 열을 스핀 정보로 변환했습니다. 이 발견은 컴퓨팅 메모리에서 전력 그리드에 이르는 응용 분야에서 사용하기 위한 새로운 종류의 저렴하고 에너지 효율적인 스핀트로닉스 장치로 이어질 수 있습니다.

Spintronic 장치는 데이터 저장, 통신 및 컴퓨팅에 사용되는 전류를 생성하기 위해 전하가 아닌 전자의 스핀을 활용하는 전자 장치입니다. 스핀 전류를 생성하기 위해 열 에너지를 사용하기 때문에 소위 스핀 칼로리트로닉스 장치는 폐열을 스핀 정보로 변환할 수 있어 매우 에너지 효율적이기 때문에 유망합니다. 그러나 현재의 스핀 열량전자 장치는 전자의 스핀을 생성하고 제어하기 위해 자성 물질을 포함해야 합니다.

"우리는 자성 물질 없이 상온에서 스핀 전류를 생성하기 위해 키랄 포논을 사용했습니다.

"키랄 포논을 포함하는 물질에 열 구배를 적용함으로써 각운동량을 지시하고 스핀 전류를 생성 및 제어할 수 있습니다." NC State의 기계 및 항공 우주 공학 부교수이자 ORaCEL 회원인 Jun Liu는 말합니다.

Liu와 Sun은 모두 Nature Materials 에 게재된 연구의 공동 교신저자입니다 .

키랄 포논은 에너지원(이 경우에는 열)에 의해 여기될 때 원형 방향으로 움직이는 원자 그룹입니다. 포논이 물질을 통해 이동함에 따라 물질을 통해 원형 운동 또는 각운동량을 전파합니다. 각운동량은 스핀의 원천 역할을 하고 키랄성은 스핀의 방향을 결정합니다.

"키랄 물질은 거울상에 중첩될 수 없는 물질입니다."라고 Sun은 말합니다. "오른손과 왼손을 생각해 보세요. 키랄(chiral)합니다. 오른손에 왼손 장갑을 낄 수 없으며 그 반대도 마찬가지입니다. 이 'handedness'는 우리가 회전 방향을 제어할 수 있게 해주는 것이며, 이는 중요합니다. 이 장치를 메모리 저장용으로 사용하려는 경우."

연구진은 시스템에 열을 도입하기 위해 열 구배를 사용하여 2차원 적층 하이브리드 유-무기 페로브스카이트에서 키랄 포논 생성 스핀 전류를 시연했습니다.

"뜨거운 것에서 차가운 것까지 물질의 온도 차이가 그것을 통해 키랄 포논의 움직임을 유도하기 때문에 구배가 필요합니다."라고 Liu는 말했습니다. "열 구배는 또한 포집된 폐열을 사용하여 스핀 전류를 생성할 수 있게 합니다."

연구원들은 이 작업이 생산 비용이 더 저렴하고 더 다양한 응용 분야에 사용될 수 있는 스핀트로닉스 장치로 이어지기를 희망합니다.

Liu는 "이러한 장치에서 자기의 필요성을 제거한다는 것은 잠재적인 재료에 대한 접근 측면에서 문을 활짝 여는 것을 의미합니다."라고 말합니다. "또한 이는 비용 효율성 증가를 의미합니다."

"스핀 전류를 생성하기 위해 전기 신호 대신 폐열을 사용하면 시스템의 에너지 효율이 높아지고 장치는 실온에서 작동할 수 있습니다."라고 Sun은 말합니다. "이것은 우리가 현재 사용할 수 있는 것보다 훨씬 더 다양한 스핀트로닉스 장치로 이어질 수 있습니다."

이 연구는 국립 과학 재단과 미국 에너지부의 지원을 받았습니다. 채플 힐에 있는 노스캐롤라이나 대학의 화학과 교수이자 ORaCEL 회원인 Wei You도 이 연구의 공동 교신저자입니다.

출처 : https://www.sciencedaily.com/