Influenza delle molecole chirali - da una prospettiva spintronica
I ricercatori sono riusciti a dimostrare l'influenza delle molecole chirali sullo spin - l'effetto di selettività di spin indotto dai chirali - utilizzando metodi di indagine spintronica
Gli elettroni sono familiari alla corrente elettrica: la loro carica negativa è infatti la loro proprietà più nota. Tuttavia, hanno anche altre proprietà intrinseche come lo spin, il momento magnetico degli elettroni, che offre vantaggi nel campo delle tecnologie di stoccaggio, tra le altre cose. Tuttavia, finora è stato piuttosto difficile selezionare gli spin - in altre parole, selezionare solo gli elettroni con uno spin rivolto verso l'alto. Un modo per farlo sarebbe quello di inviare corrente attraverso un ferromagnete come il ferro, ottenendo una corrente polarizzata sullo spin a seconda della direzione della magnetizzazione.
Elica come filtro di rotazione
©: Angela Wittmann
Negli ultimi dieci anni è emersa un'alternativa a questa soluzione. In questo caso, la corrente viene inviata attraverso molecole chirali, cioè molecole che non possono essere allineate con la loro immagine speculare, come le strutture elicoidali. In questo modo si ottiene una polarizzazione di spin di circa il 60-70%, simile a quella di un materiale ferromagnetico. Tuttavia, questo approccio è ancora oggetto di dibattito.
Sistema composto da uno strato d'oro e molecole chirali
I ricercatori dell'Università Johannes Gutenberg di Mainz (JGU) sono ora riusciti a dimostrare l'esistenza del cosiddetto effetto di selettività di spin indotto dal chirale. "Abbiamo studiato l'effetto delle molecole chirali utilizzando metodi spintronici", ha spiegato la professoressa Angela Wittmann dell'Istituto di Fisica della JGU. "Invece di condurre la corrente di carica attraverso la molecola chirale stessa, usiamo uno strato d'oro con molecole chirali su di esso e ibridiamo l'intero sistema. Anche se la maggior parte della corrente scorre attraverso lo strato d'oro, le molecole chirali cambiano comunque lo stato dell'oro".
Gli scienziati hanno studiato la conversione della corrente di spin in corrente di carica. In uno strato d'oro puro, circa il tre percento della corrente di spin viene convertita in corrente di carica, indipendentemente dal fatto che lo spin degli elettroni sia rivolto verso l'alto o verso il basso. La situazione è diversa nel sistema strato d'oro-molecole chirali: se le molecole sulla superficie dell'oro sono destrorse, le correnti di spin-up vengono convertite in correnti di carica in modo molto più efficiente rispetto a quelle il cui spin è rivolto verso il basso. Se invece sullo strato d'oro sono presenti molecole con spin sinistrorso, accade il contrario. La misura in cui le correnti di spin vengono convertite in correnti di carica dipende quindi dalla chiralità delle molecole sulla superficie dell'oro. "Inoltre, l'effetto è vettoriale: se l'elica della molecola chirale punta verso l'alto, questo effetto si verifica solo se gli spin puntano all'incirca nella stessa direzione o esattamente in quella opposta", spiega Wittmann. Se gli spin sono ruotati rispetto all'elica, l'effetto scompare. La direzione degli spin e dell'asse dell'elica deve quindi essere la stessa o esattamente opposta.
"Con questa prova, diamo un ulteriore contributo all'accettazione dell'effetto di selettività degli spin, ossia l'influenza delle molecole chirali sugli spin", riassume Wittmann.
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