Magnetic devices are a leading contender for implementing memory and logic technologies that are nonvolatile, that can scale to high density and high speed, and that do not suffer wear-out. However, widespread applications of magnetic memory and logic devices will require the development of efficient mechanisms for reorienting their magnetization using the least possible current and power. There has been considerable recent progress in this effort, in particular discoveries that spin-orbit interactions in heavy metal/ferromagnet bilayers can yield strong current-driven torques on the magnetic layer, via the spin Hall effect in the heavy metal or the Rashba-Edelstein effect in the ferromagnet. As part of the search for materials to provide even more efficient spin-orbit-induced torques, some proposals have suggested topological insulators (TIs), which possess a surface state in which the effects of spin-orbit coupling are maximal in the sense that an electron's spin orientation is locked relative to its propagation direction. Here we report experiments showing that charge current flowing in-plane in a thin film of the TI Bi_2Se_3 at room temperature can indeed apply a strong spin-transfer torque to an adjacent ferromagnetic permalloy (Py = Ni81Fe19) thin film, with a direction consistent with that expected from the topological surface state. We find that the strength of the torque per unit charge current density in the Bi_2Se_3 is greater than for any other spin-torque source material measured to date, even for non-ideal TI films wherein the surface states coexist with bulk conduction. Our data suggest that TIs have potential to enable very efficient electrical manipulation of magnetic materials at room temperature for memory and logic applications.

The ability to make electrical contact to single molecules creates opportunities to examine fundamental processes governing electron flow on the smallest possible length scales. We report experiments in which we controllably stretched individual cobalt complexes having spin S = 1, while simultaneously measuring current flow through the molecule. The molecule's spin states and magnetic anisotropy were manipulated in the absence of a magnetic field by modification of the molecular symmetry. This control enabled quantitative studies of the underscreened Kondo effect, in which conduction electrons only partially compensate the molecular spin. Our findings demonstrate a mechanism of spin control in single-molecule devices and establish that they can serve as model systems for making precision tests of correlated-electron theories.

Electrochemical noise measurement methods have established a significant presence in corrosion literatures and through these measurements, it becomes feasible to discern the corrosion mode and make a clear distinction between localized and uniform corrosion types, particularly when examined alongside post-mortem studies. In recent years, the increase in the use of lithium-ion batteries demands that the tests to be performed on the batteries are faster, easier, cheaper and, if possible, non-destructive and non-perturbing. While some electrochemical noise studies on batteries have commenced, the existing literature on this subject is limited and questionable. Electrochemical noise measurement, in Lithium based batteries has the potential to serve as a non-invasive diagnostic tool for assessing battery health. One of our previous studies has demonstrated an increased voltage noise in non-rechargeable batteries with Li/MnO2 chemistry upon exposure to a short circuit, indicating detectable morphological changes in metallic lithium due to non-homogenous depletion of lithium anode through electrochemical noise measurement. In Lithium-Ion batteries, lithium deposition refers to the undesired formation of metallic lithium, commonly in the form of dendrites, on the battery’s anode during charge and discharge cycles. This phenomenon is a consequence of uneven lithium-ion plating and stripping, leading to localized overplating. This growth of lithium dendrites poses significant risk, including internal short circuits, compromised battery integrity, and the potential for thermal runaway. These issues can result in reduced battery performance, safety concerns, and shortened cycle life. Effectively addressing lithium deposition is essential for enhancing the safety and reliability of lithium-ion batteries in various applications. Similarly to our previous publication, the electrochemical noise method shows promise as a non-invasive approach to investigate the understand deposition of metallic lithium by monitoring the voltage noise during charge and discharge cycling of batteries. For this purpose, NMC/Graphite pouch and coin cells are employed. In this presentation, we will delve into the details of electrochemical noise in lithium-based batteries, discussing the method’s reliability in assessing lithium deposition in NMC/Graphite lithium-ion batteries and presenting preliminary results. Figure 1

Efficient transduction of optical energy to bioelectrical stimuli is an important goal for effective communication with biological systems. For that plasmonics has significant potential via boosting the light-matter interactions. However, plasmonics has been primarily used for heat-induced cell stimulation due to membrane capacitance change (i.e., optocapacitance). Instead, here we demonstrate that plasmonic coupling to photocapacitor biointerfaces improves safe and efficacious neuromodulating displacement charges for an average of 185% in the entire visible spectrum while maintaining the Faradaic currents below 1%. Hot-electron injection dominantly leads the enhancement of displacement current at blue spectral window, and nanoantenna effect is mainly responsible for the improvement at red-spectral region. The plasmonic photocapacitor facilitates wireless modulation of single cells at 3-orders of magnitude below the maximum retinal intensity levels corresponding to one of the most sensitive optoelectronic neural interfaces. This study introduces a new way of using plasmonics for safe and effective photostimulation of neurons and paves the way toward ultra-sensitive plasmon-assisted neurostimulation devices.

Primary lithium batteries are known for their elevated volumetric and gravimetric energy densities and production cost efficiency. Within this category, lithium thionyl chloride (Li/SOCl 2 ) batteries exhibit a constant discharge voltage (~3.6 V) and a broad operational temperature range (-50ᵒC to 80ᵒC). Moreover, forming a LiCl passivation layer on the metallic Li anode can extend its shelf-life up to 20 years at optimal storage temperature. These characteristics render lithium thionyl chloride batteries applicable in military and security applications, microcomputers, measurement devices, and medical instruments. Therefore, the characterization of lithium thionyl chloride batteries accurately has the utmost importance. Understanding the critical electrochemical processes that occur inside the battery without damaging or disassembling the cell requires delicate techniques. EIS has emerged as a non-destructive and in-situ measurement technique with increasing popularity. Essential battery properties can be derived from EIS data. The credibility of EIS data, considering linearity, causality, and stability, can be verified through Kramers-Kronig relations. The obtained spectrum is fitted with an optimal number of Voigt elements (RC components in parallel)[1]. Given the linearity and stability of these individual Voigt elements, the entire spectrum should exhibit linearity if it is Kramers-Kronig compatible[2]. Non-linear harmonic analysis (NHA) is a complementary technique to EIS, wherein the response signal undergoes conversion from the time domain to the frequency domain through Fast Fourier Transformation (FFT). While EIS employs a single-phased pure sinusoidal signal as the input, the response includes a fundamental frequency and harmonics at integer frequencies of this fundamental response signal. NHA can be utilized in the diagnosis of non-linear, non-stationary situations alongside the identification of drift and initial transients. This study first explains a new EIS measurement method for Li/SOCl 2 batteries and Li/SOCl 2 /SO 2 Cl 2 mixture batteries. The new method describes the solid electrolyte interface (SEI) stability of the batteries and the modifications needed to get KK-compatible results. After that, the equivalent circuit fits applied to the acquired spectra. Essential battery parameters such as solution resistance, charge transfer resistance, and double-layer capacitance were calculated. Kramers-Kronig analysis of the batteries was conducted, and the residuals of the fits were investigated. Subsequently, the NHA of the batteries was examined and compared to the Kramers-Kronig residuals. A correlation between the residuals and NHA of the batteries was extended based on the terms "KK-compatible" and "non-KK-compatible" in comparing KK-residuals and NHA results. [1] Boukamp, B. A. , Journal of the Electrochemical Society 142.6 (1995): 1885. [2] Agarwal, et al., Journal of the Electrochemical Society 142.12 (1995): 4159. Figure 1