Hanno dimostrato “un’elevata efficienza di conversione tra correnti di puro spin (dipendenti unicamente dalla proprietà dell’elettrone di ruotare su sé stesso) e correnti elettriche “convenzionali””…

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Nuovi materiali
per l’elettronica del futuro

Ricercatori dell’Istituto per la microelettronica e microsistemi del CNR di Agrate Brianza hanno dimostrato un’elevata efficienza di conversione tra correnti di puro spin (dipendenti unicamente dalla proprietà dell’elettrone di ruotare su sé stesso) e correnti elettriche “convenzionali”, in isolanti topologici cresciuti su substrati di silicio di area estesa. Il processo apre interessanti prospettive verso lo sviluppo di nuovi dispositivi elettronici, altamente performanti ed a basso consumo energetico. Gli studi sono pubblicati su Advanced Functional Materials e Advanced Materials Interfaces

Gli isolanti topologici sono caratterizzati da una conduzione elettrica nulla al loro interno, mentre ai loro bordi e superfici scorrono correnti con carattere metallico. Inoltre, in tali correnti, lo spin degli elettroni, ovvero la loro proprietà di ruotare su sé stessi, mostra una direzione ben definita. Questa caratteristica è di grande interesse tra i ricercatori nel campo della spintronica, ovvero quel ramo dell’elettronica che vede nello spin dell’elettrone una risorsa fondamentale per sviluppare nuovi dispositivi per la computazione e l’immagazzinamento dell’informazione. È infatti possibile impiegare le correnti, cosiddette “spin-polarizzate”, che fluiscono sulla superficie di un isolante topologico per manipolare gli stati magnetici di materiali a contatto con essi e/o per trasportare informazioni “spin-dipendenti” sfruttandone l’elevata conducibilità, ad un basso costo energetico. In tale contesto, particolare interesse è rivolto all’ottimizzazione della conversione tra correnti di puro spin, ovvero senza spostamento di carica elettrica, e correnti di carica convenzionali (e viceversa). Tali processi guidano infatti le funzionalità di una disparata gamma di dispositivi elettronici innovativi, che vanno dai sensori e dalle memorie magnetiche altamente efficienti e a basso consumo energetico, fino allo sviluppo di complesse architetture in grado di simulare il funzionamento del sistema nervoso.

Gli studi condotti dai ricercatori dell’Istituto per la microelettronica e microsistemi del Consiglio nazionale delle ricerche (CNR-IMM) nell’ambito del progetto europeo Skytop (https://skytop-project.eu), e pubblicate su Advanced Functional Materials e Advanced Materials Interfaces, hanno dimostrato un’elevata efficienza di conversione spin-carica nel tellururo di antimonio (Sb2Te3), un isolante topologico che è stato “cresciuto” mediante la tecnica di deposizione chimica da fase vapore metallorganica (Mocvd), già ampiamente impiegata in contesti industriali.

L’importanza della ricerca è duplice. “Da un lato, abbiamo sviluppato convertitori spin-carica caratterizzati da un’efficienza paragonabile (ed in alcuni casi superiore) a quella riportata ad oggi in sistemi allo stato dell’arte basati su isolanti topologici”, spiega Roberto Mantovan, ricercatore del CNR-IMM. “Dall’altro, l’impiego della tecnica Mocvd ci ha permesso di ottimizzare la produzione degli isolanti topologici, cuore di tali processi di conversione, su substrati di silicio aventi un’area di diversi centimetri. E questo è un requisito fondamentale per colmare il gap tra la ricerca di base e il trasferimento tecnologico di tali materiali avanzati nei dispositivi elettronici del futuro, caratterizzati da nuove funzionalità, elevate prestazioni e basso consumo energetico”.

Didascalia foto allegata: In alto a sx il prototipo di convertitore spin-carica (FM=materiale ferromagnetico, TI=isolante topologico) nella configurazione di misura di risonanza ferromagnetica per pompaggio di spin (SP-FMR). In basso a sx la combinazione dei materiali impiegati e che evidenziano il processo di creazione della densità di corrente di puro spin JSSb2Te3. A dx, l'osservazione mediante spettroscopia in fotoemissione ad angolo risolto (ARPES) degli stati di superficie topologicamente protetti (TSS) presenti nell'isolante topologico Sb2Te3"

La scheda

Chi: Istituto per la microelettronica e microsistemi, Cnr-Imm

Cosa: Large Spin-to-Charge Conversion at Room Temperature in Extended Epitaxial Sb2Te3 Topological Insulator Chemically Grown on Silicon, Advanced Functional Materials, https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adfm.202109361; Spin-Charge Conversion in Fe/Au/Sb2Te3 Heterostructures as Probed By Spin Pumping Ferromagnetic Resonance, Advanced Materials Interfaces, https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/admi.202101244*
[*N.d.R.> Documentazione/ Link/ Indirizzi presenti nella nota CNR originale e/o disponibili sui siti segnalati **]

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Da/ Fonte/ Titolare»
CNR
Comunicato stampa N. 132/2021
Roma, 29/11/2021

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Estratto

Fonte dei dati, informazioni, procedure e documenti sono reperibili presso siti web/portali, esterni, ai link**»

Consiglio nazionale delle ricerche (CNR)
www.cnr.it

Istituto per la microelettronica e microsistemi (CNR-IMM)
https://www.imm.cnr.it/

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Link/siti
esterni non collegati

^Fonte» CNR_Cmn_29NOV2021=RS_2021-12-02»
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