Dispositif expérimental de détection du pompage orbital. Crédit : Hayashi et al.
Les électrons possèdent par nature à la fois un moment angulaire de spin et un moment angulaire orbital (c’est-à-dire des propriétés qui aident à comprendre les mouvements de rotation et le comportement des particules). Alors que certains physiciens et ingénieurs ont essayé d’exploiter le moment angulaire de spin des électrons pour développer de nouvelles technologies appelées spintronique, le moment angulaire orbital de ces particules a jusqu’à présent été rarement pris en compte.
Actuellement, la génération d’un courant orbital (c’est-à-dire d’un flux de moment angulaire orbital) reste bien plus difficile que la génération d’un courant de spin. Néanmoins, les approches permettant d’exploiter avec succès le moment angulaire orbital des électrons pourraient ouvrir la voie au développement d’une nouvelle classe de dispositifs appelés orbitroniques.
Des chercheurs de l’Université Keio et de l’Université Johannes Gutenberg ont rapporté la génération réussie d’un courant orbital à partir de la dynamique de magnétisation, un phénomène appelé pompage orbital. Leur article, publié dans Électronique naturelledécrit une approche prometteuse qui pourrait permettre aux ingénieurs de développer de nouvelles technologies exploitant le moment angulaire orbital des électrons.
« Notre travail a été inspiré par les recherches en cours en spintronique et en orbitronique, l’analogue orbital de la spintronique », a déclaré à Phys.org Kazuya Ando, professeur associé à l’Université Keio.
« La spintronique a progressé grâce à l’exploration de la physique du courant de spin, le flux du moment angulaire de spin. Des études récentes ont mis en évidence le rôle crucial du courant orbital, l’équivalent du courant de spin, dans les dispositifs à semi-conducteurs. Cependant, la génération de courants orbitaux reste un défi de taille. »
L’étude récente d’Ando et de ses collègues s’inspire du pompage de spin, un phénomène bien établi qui permet aux ingénieurs de générer des courants de spin. L’objectif principal de leur étude était de réaliser l’équivalent orbital de ce phénomène, appelé pompage orbital.
« Nous pensons que la démonstration du pompage orbital élargit la compréhension fondamentale de l’orbitronique et ouvre de nouvelles voies pour la recherche et les applications technologiques », a déclaré Ando.
Le pompage orbital consiste essentiellement à générer un courant orbital via la dynamique de magnétisation (c’est-à-dire la densité des moments dipolaires magnétiques induits dans les matériaux magnétiques lorsqu’ils sont placés à proximité d’un aimant). Pour mener leurs expériences, Ando et ses collègues ont spécifiquement utilisé une structure bicouche constituée de nickel et de titane.
« En appliquant un champ magnétique à radiofréquence à la structure, nous avons excité la dynamique de magnétisation dans la couche de nickel, ce qui, à son tour, a généré un courant orbital dans la couche de titane par pompage orbital », a expliqué Ando. « Nous avons détecté ce courant orbital électriquement en utilisant l’effet Hall orbital inverse, un phénomène qui convertit un courant orbital en courant de charge. »
En appliquant un champ magnétique à leur structure en nickel et titane, les chercheurs ont pu démontrer avec succès le pompage orbital. Les techniques employées se sont donc révélées efficaces pour générer un courant orbital dans un cadre expérimental.
« Dans le développement de la spintronique basée sur le courant de spin, le pompage de spin a joué un rôle crucial, révélant une variété de phénomènes et de fonctions découlant des courants de spin », a déclaré Ando. « De même, notre découverte du pompage orbital, l’équivalent orbital du pompage de spin, devrait servir de base fondamentale aux nouvelles technologies électroniques et à la physique basées sur les courants orbitaux. »
Les résultats prometteurs obtenus par Ando et ses collègues pourraient bientôt ouvrir la voie à de nouvelles études visant à générer des courants orbitaux par magnétisation. Ces travaux pourraient éventuellement conduire à l’introduction de dispositifs orbitroniques, une classe d’électronique jusqu’ici largement négligée.
« Nos recherches futures se concentreront sur une meilleure compréhension des propriétés fondamentales des courants orbitaux et de leurs interactions avec la dynamique de magnétisation », a ajouté Ando.
« Nous souhaitons également clarifier les effets combinés des courants de spin et des courants orbitaux afin de développer des dispositifs qui exploitent à la fois le moment angulaire de spin et le moment angulaire orbital des électrons. Grâce à ces efforts, nous espérons faire progresser les domaines de la spintronique et de l’orbitronique, ouvrant ainsi la voie à de nouvelles technologies électroniques. »
Plus d’information:
Hiroki Hayashi et al, Observation du pompage orbital, Électronique naturelle (2024). DOI: 10.1038/s41928-024-01193-1
© 2024 Réseau Science X
Citation:Une étude démontre la génération de courant orbital via la dynamique de magnétisation (2024, 10 juillet) récupéré le 10 juillet 2024 à partir de
Ce document est soumis au droit d’auteur. En dehors de toute utilisation équitable à des fins d’étude ou de recherche privée, aucune partie ne peut être reproduite sans autorisation écrite. Le contenu est fourni à titre d’information uniquement.
