北卡罗来纳州立大学和北卡罗来纳大学教堂山分校的研究人员使用手性声子将废热转化为自旋信息，而无需磁性材料。这一发现可能会导致新型更便宜、节能的自旋电子器件，用于从计算存储器到电网的各种应用。

自旋电子学设备是利用电子的自旋而不是电荷来产生用于数据存储、通信和计算的电流的电子设备。自旋热能装置 - 之所以如此称呼，是因为它们利用热能产生自旋电流 - 很有前途，因为它们可以将废热转化为自旋信息，这使得它们非常节能。然而，电流自旋热电子器件必须包含磁性材料，以便产生和控制电子的自旋。

“我们使用手性声子在室温下产生自旋电流，而无需磁性材料，”北卡罗来纳州立大学物理学副教授兼有机与碳电子实验室(ORaCEL)成员Dali Sun说。

“通过将热梯度应用于包含手性声子的材料，您可以引导它们的角动量并产生和控制自旋电流，”北卡罗来纳州立大学机械和航空航天工程副教授兼ORaCEL成员Jun Liu说。

刘和孙都是该研究的共同通讯作者，该研究发表在Nature Materials上。

手性声子是一组原子，当被能量源(在这种情况下为热)激发时沿圆形方向移动。当声子穿过材料时，它们通过材料传播圆周运动或角动量。角动量是自旋的来源，手性决定了自旋的方向。

“手性材料是不能叠加在镜像上的材料，”Sun说。“想想你的右手和左手——它们是手性的。你不能把左手手套戴在右手上，反之亦然。这种'惯用手'使我们能够控制旋转方向，如果你想使用这些设备进行内存存储，这一点很重要。

研究人员通过使用热梯度向系统引入热量，展示了二维分层杂化有机 - 无机钙钛矿中的手性声子产生的自旋电流。

“梯度是需要的，因为材料中的温差 - 从热到冷 - 驱动手性声子通过它的运动，”刘说。“热梯度还允许我们使用捕获的废热来产生自旋电流。

研究人员希望这项工作将导致自旋电子器件的生产成本更低，并且可以用于更广泛的应用。

“消除这些设备中对磁性的需求意味着你在获取潜在材料方面敞开了大门，”刘说。“这也意味着成本效益的提高。

“使用废热而不是电信号产生自旋电流使系统节能 - 并且设备可以在室温下运行，”Sun说。“这可能会导致自旋电子学设备种类比我们目前可用的种类要多得多。