Une vision spintronique de l'effet des molécules chirales
Les chercheurs ont vérifié l'effet de sélectivité du spin induit par la chiralité, c'est-à-dire l'influence des molécules chirales sur le spin, en utilisant des techniques d'analyse spintronique
Le rôle des électrons et de leur charge négative dans le courant électrique est bien établi. Les électrons présentent également d'autres propriétés intrinsèques qui sont associées, par exemple, à un potentiel considérable d'amélioration des dispositifs de stockage de données : le spin ou le moment magnétique de l'électron. Jusqu'à présent, cependant, la sélection de spins spécifiques s'est avérée difficile. Il a été difficile d'isoler uniquement les électrons dont le spin est orienté vers le haut, par exemple. Une façon d'y parvenir serait de faire passer un courant à travers un ferromagnétique, tel que le fer. Il en résulterait la génération d'un courant dans lequel la polarisation du spin s'alignerait sur la direction du champ magnétique.
Filtrage de la rotation avec une hélice
©: Angela Wittmann
L'autre option consistant à induire un courant dans des molécules chirales, c'est-à-dire des molécules qui n'ont pas d'image miroir superposable, telles que les structures en hélice, a été discutée au cours de la dernière décennie. Le résultat est une polarisation du spin d'environ 60 à 70 %, un niveau similaire à celui obtenu dans les matériaux ferromagnétiques. Toutefois, cette approche reste un sujet de débat et de recherche permanent.
Un système composé d'une fine couche d'or et de molécules chirales
Des chercheurs de l'université Johannes Gutenberg de Mayence (JGU) ont récemment pu confirmer l'existence de cet effet de sélectivité du spin induit par la chiralité (CISS). "Notre groupe a étudié l'influence des molécules chirales en utilisant des méthodes de spintronique", souligne le professeur Angela Wittmann de l'Institut de physique de l'université Johannes Gutenberg de Mayence. "Nous n'avons pas fait passer le courant de charge directement à travers les molécules chirales elles-mêmes. Nous avons plutôt créé un système hybride composé d'une fine pellicule d'or sur laquelle se trouvent des molécules chirales. Bien que la majeure partie du courant passe par le film d'or, la présence des molécules chirales modifie l'état de l'or".
Les chercheurs se sont intéressés à la manière dont le courant de spin était converti en courant de charge. Dans un film d'or pur, environ 3 % du courant de spin est converti en courant de charge, que le spin des électrons soit orienté vers le haut ou vers le bas. Dans le système hybride d'une couche d'or avec des molécules chirales, le résultat est toutefois tout à fait différent. Si les molécules à la surface de l'or sont droites, les courants dont les électrons sont orientés vers le haut sont convertis en charge beaucoup plus efficacement que ceux dont les électrons sont orientés vers le bas. Le résultat est exactement inverse si les molécules à la surface de l'or sont gauchères. La mesure dans laquelle un courant de spin est converti en courant de charge dépend donc de la chiralité des molécules à la surface de l'or. "De plus, l'effet est vectoriel", explique Wittmann. Si la structure en hélice d'une molécule chirale est orientée vers le haut, cet effet ne se produit que si le spin est plus ou moins dans la même direction ou complètement à l'opposé". En revanche, si la direction du spin n'est pas alignée avec la direction dans laquelle la structure en hélice est arrangée, l'effet ne se produit pas. Par conséquent, la direction du spin et l'axe de l'hélice doivent correspondre ou être exactement opposés l'un à l'autre.
"Nos résultats constituent une contribution importante à l'acceptation de l'effet de sélectivité du spin et donc de l'influence des molécules chirales sur les spins", a conclu M. Wittmann.
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