Isolanti topologici per i dispositivi spintronici del futuro

La spintronica è la disciplina che studia la possibilità di realizzare dispositivi elettronici in cui le informazioni siano trasportate dallo spin, la quantità "elementare" magnetica, e non più dalla carica degli elettroni, cioè dalla corrente elettrica. Il comportamento degli elettroni in un solido definisce anche la capacità di condurre o meno corrente, cioè l''essere rispettivamente conduttore o isolante. Una nuova classe di materiali, gli isolanti topologici, rappresenta un ottimo candidato per i futuri dispositivi spintronici. Gli isolanti topologici hanno la peculiarità di essere isolanti al loro interno e conduttori in superficie. Inoltre, le leggi della meccanica quantistica stabiliscono che alla superficie di questi particolari materiali la direzione degli spin elettronici è completamente determinata dalla direzione del moto dell''elettrone, mentre in un normale metallo le due direzioni sono del tutto scorrelate. Quindi gli elettroni (ed il loro spin) viaggiano su una "superstrada" con corsie preferenziali, senza collisioni (cioè senza produrre calore), una caratteristica potenzialmente rivoluzionaria per la spintronica, una volta trovato il modo per controllare le proprietà magnetiche di un isolante topologico. Nel presente studio condotto presso il laboratorio TASC dell''IOM-CNR e l''ISMN-CNR è stato effettuato un passo in tale direzione; si è infatti dimostrato che è possibile accoppiare le proprietà magnetiche dell''isolante topologico con quelle di uno strato di materiale magnetico cresciuto ad hoc e controllabile in temperatura e spessore. Tale accoppiamento magnetico rimane ben definito anche a temperatura ambiente, aprendo in tal modo la strada all''utilizzo degli isolanti topologici nelle applicazioni spintroniche.

Autori: I. Vobornik, U. Manju, J. Fujii, F. Borgatti, P. Torelli, D. Krizmancic, Y.S. Hor, R.J. Cava, G. Panaccione

Titolo: Magnetic Proximity Effect as a Pathway to Spintronic Applications of Topological Insulators

Rivista: Nano Letters

Anno: 2011

Riferimenti bibliografici: 11 (2011), pp.4079-4082