نمایشی از امکان دستکاری آرایش های اسپینی مارپیچی با استفاده از جریان های الکتریکی ارائه شده که نویدبخش الکترونیکِ مبتنی بر اسپین است.

در دستگاه های به اصطلاح اسپینترونیک، که کاربردهایی در ارتباطات و محاسبات دارند، اطلاعات در الگوهای شکل یافته توسط اسپین های الکترون کدگذاری می شوند. برای عملکرد موثر دستگاه، معمولا لازم است که این الگوهای اسپینی با استفاده از جریان های الکتریکی دستکاری شوند. چنین کنترل الکتریکی برای الگوهای اسپینی مشخصی نمایش داده شده، اما نه برای الگوهای مارپیچی شکل که به طور بالقوه ویژگیهای سودمندی از جمله دستیدگی (کایرالیتی) و دینامیک گروهی دارند. اکنون ژِ-گِئون پارک Je-Geun Park در دانشگاه ملی سئول در کره جنوبی و همکارانش، به کنترل الکتریکی الگوهای اسپینی مارپیچی دست یافته اند و از ساز و کار نهفته در پسِ این کنترل پرده برداری کرده اند .[1]

ابتدا پژوهشگران الگوی اسپینی مارپیچی ای را در نظر گرفتند که به طور طبیعی توسط یک ماده Ni_1/3NbS₂ میزبانی می شود و در آن اتم های نیکل بین لایه های نیوبیوم دی سولفاید قرار می گیرند. این ماده یک پادفرومغناطیس واندروالسی است، به این معنی که توسط نیروهای واندروالسی ضعیف کنار هم نگه داشته می شود و اسپین الکترون های مجاور در یک حالت پادموازی قرار می گیرند. سپس در آزمایشها، اعضای گروه دریافتند که اعمال یک جریان الکتریکی بر این ماده موجب می شود تا الگوی مارپیچی بچرخد و یک حالت کوانتومی متفاوت اختیار کند. این حالت با اندازه گیری تغییر در مقاومت ماده و ویژگی های الکترونی دیگر تشخیص داده شد.

در شبیه سازی های عددی، پژوهشگران نشان دادند که جریان اسپینی القایی توسط جریان الکتریکی اعمال شده، تکانه زاویه ای خود را به اسپین ها در الگوی اسپینی مارپیچی انتقال داده که باعث می شود آنها به طور دسته جمعی در نتیجه اثری معروف به گشتاور اسپین-مدار بچرخند. گروه می گوید که فراتر از کاربردهایی برای دستگاه های اسپینترونیک، این یافته ها درک ما را از دینامیک اسپینی در پادفرومغناطیس های واندروالسی بهبود می بخشند.

1. K.-X. Zhang et al., “Current-driven collective control of helical spin texture in van der Waals antiferromagnet,” Phys. Rev. Lett. 134, 176701 (2025).

منبع:

Currents Control Spiral Spin Structures

ترجمه خبر: بهناز ساربانها