Електрони мають приховану властивість — спін, — яка може революціонізувати технології. Магніти можуть контролювати це, але дослідники зараз досліджують хіральні молекули як альтернативу. Ці молекули унікальної форми можуть так само добре спрямувати обертання електронів, відкриваючи нові можливості для електроніки майбутнього.
Електрони добре відомі своїм негативним зарядом, який відіграє ключову роль в електричних струмах. Однак вони мають ще одну важливу властивість: спін, або магнітний момент. Ця характеристика має значний потенціал для вдосконалення технологій зберігання даних, але контролювати спін електронів виявилося складним завданням. Зокрема, важко виділити електрони з певним напрямком обертання, наприклад зі спіном вгору. Один із відомих методів передбачає пропускання електричного струму через феромагнітний матеріал, наприклад залізо. Цей процес вирівнює спінову поляризацію електронів із магнітним полем матеріалу.
Альтернативний підхід, досліджений останніми роками, передбачає використання хіральних молекул — структур, які не мають дзеркального відображення, що накладається, наприклад спіральних структур. Дослідження показують, що ці молекули можуть індукувати спінову поляризацію на рівнях, порівнянних з феромагнітними матеріалами, приблизно на 60-70 відсотків. Однак цей метод все ще досліджується і залишається предметом дискусій у науковому співтоваристві.
Дослідники з Університету Йоганна Гутенберга Майнца (JGU) нещодавно змогли підтвердити існування цього так званого ефекту хірально-індукованої спінової селективності (CISS).
«Наша група досліджувала вплив хіральних молекул за допомогою методів спінтроніки», — підкреслила професор Анджела Віттманн з Інституту фізики JGU. «Ми не пропускали струм заряду безпосередньо через самі хіральні молекули. Замість цього ми створили гібридну систему, яка складалася з тонкої плівки золота з хіральними молекулами на ній. Хоча основна частина струму протікає через плівку золота, присутність хіральних молекул змінює стан золота».
Дослідників цікавило, як спіновий струм перетворюється на струм заряду. У плівці, що складається з чистого золота, близько трьох відсотків спінового струму перетворюється на заряд, незалежно від того, орієнтований спін електронів вгору чи вниз.
Однак у гібридизованій системі шару золота з хіральними молекулами результат зовсім інший. Якщо молекули на поверхні золота є правими, струми зі спіном електронів угору перетворюються на заряд набагато ефективніше, ніж струми зі спіном вниз. Результат буде прямо протилежним, якщо молекули на поверхні золота є лівими. Ступінь, до якої спіновий струм перетворюється на струм заряду, таким чином, залежить від хіральності молекул на поверхні золота.
«Крім того, ефект є векторним», — пояснив Віттманн. Якщо спіральна структура хіральної молекули спрямована вгору, цей ефект виникає лише в тому випадку, якщо оберт більш-менш в тому ж напрямку або повністю протилежний цьому».
З іншого боку, якщо напрямок обертання не збігається з напрямком, у якому розташована спіральна структура, ефект не виникає. Отже, напрямки обертання і осі спіралі повинні або відповідати, або бути точно протилежними один одному.
«Наші результати є важливим внеском у визнання ефекту спінової селективності та, отже, впливу хіральних молекул на спіни», — підсумував Віттманн.