Percée quantique : une nouvelle méthode pour manipuler les électrons
Les électrons sont principalement connus pour leur charge négative, qui génère les courants électriques, mais ils possèdent également un spin—une propriété magnétique au fort potentiel pour le stockage des données. Cependant, maîtriser efficacement le spin des électrons reste un défi.
Exploiter le Spin via les Matériaux Ferromagnétiques et les Molécules Chirales
Une méthode courante pour aligner le spin des électrons consiste à faire passer un courant électrique à travers un matériau ferromagnétique, comme le fer. Ce processus polarise le spin des électrons en fonction du champ magnétique du matériau.
Une autre approche explore l’utilisation de molécules chirales—des structures sans image miroir superposable, comme les hélices—pour induire la polarisation du spin. Des études suggèrent que ces molécules peuvent atteindre des niveaux de polarisation similaires à ceux des matériaux ferromagnétiques, soit environ 60 à 70 %. Malgré ces résultats prometteurs, cette méthode reste sujette à débat dans la communauté scientifique.
Confirmation de la Sélectivité de Spin Induite par la Chiralité (CISS)
Une équipe de recherche de l’Université Johannes Gutenberg de Mayence (JGU) a confirmé l’existence de la sélectivité de spin induite par la chiralité (CISS). Plutôt que de faire passer directement une charge électrique à travers des molécules chirales, les chercheurs ont conçu un système hybride en recouvrant un film mince d’or avec ces molécules. Bien que la majorité du courant circule dans l’or, la présence des molécules chirales modifie l’état électronique du métal.
Les scientifiques ont étudié la conversion du courant de spin en courant de charge. Dans les films d’or purs, environ 3 % du courant de spin est converti, indépendamment de l’orientation du spin des électrons. Cependant, dans le système hybride or-molécules chirales, le taux de conversion varie considérablement selon la chiralité des molécules.
Lorsque des molécules chirales droitières recouvraient la surface de l’or, les électrons avec un spin-up se convertissaient plus efficacement en charge que ceux avec un spin-down. L’effet inverse se produisait avec des molécules gauchères, démontrant ainsi que la conversion spin-charge dépend de la chiralité moléculaire.
Influence Directionnelle du Spin et de la Chiralité
L’effet s’est également révélé vectoriel, comme l’explique la professeure Angela Wittmann de la JGU. Lorsque la structure hélicoïdale de la molécule chirale pointait vers le haut, la conversion du courant de spin ne se produisait que si l’orientation du spin électronique était alignée dans la même direction ou directement opposée. Si l’orientation du spin s’écartait de cet alignement, l’effet disparaissait.
« Ces résultats contribuent de manière significative à la reconnaissance de la sélectivité du spin et du rôle que jouent les molécules chirales dans l’influence du spin des électrons », a conclu Wittmann. Cette avancée améliore la compréhension de la spintronique et pourrait ouvrir la voie à des applications innovantes en informatique quantique et en stockage de données.
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