Grænseflade mellem isolatorer muliggør informationstransport med spin

Moderne computerteknologi er baseret på transport af elektrisk ladning i halvledere. Men denne teknologis potentiale vil nå sine grænser i den nærmeste fremtid, da de indsatte komponenter ikke kan miniaturiseres yderligere. Men, der er en anden mulighed:ved hjælp af et elektron -spin, i stedet for dens afgift, at videregive oplysninger. Et team af forskere fra München og Kyoto demonstrerer nu, hvordan dette fungerer.

Computere og mobile enheder leverer fortsat stadig mere funktionalitet. Grundlaget for denne stigning i ydelsen er gradvist blevet udvidet miniaturisering. Imidlertid, der er grundlæggende grænser for graden af ​​miniaturisering, hvilket betyder, at vilkårlige størrelsesreduktioner ikke vil være mulige med halvlederteknologi.

Forskere rundt om i verden arbejder således på alternativer. En særlig lovende tilgang involverer såkaldt spin-elektronik. Dette udnytter det faktum, at elektroner besidder, ud over at opkræve, vinkelmoment - drejningen. Eksperterne håber at kunne bruge denne ejendom til at øge informationstætheden og samtidig funktionaliteten af ​​fremtidens elektronik.

Sammen med kolleger ved Kyoto-universitetet i Japan har forskere ved Walther-Meißner-instituttet (WMI) og det tekniske universitet i München (TUM) i Garching nu demonstreret transport af spin-information ved stuetemperatur i et bemærkelsesværdigt materialesystem.

Et unikt grænselag

I deres eksperiment, de demonstrerede produktionen, transport og påvisning af elektroniske centrifugeringer i grænselaget mellem materialerne lanthanum-aluminat (LaAlO2) og strontium-titanat (SrTiO3). Det, der gør dette materialesystem unikt, er, at et ekstremt tyndt, elektrisk ledende lag dannes ved grænsefladen mellem de to ikke-ledende materialer:en såkaldt todimensionel elektrongas.

Det tysk-japanske team har nu vist, at denne todimensionale elektrongas transporterer ikke kun ladning, men også spin. "For at opnå dette måtte vi først overvinde flere tekniske forhindringer, siger Hans Hübl, forsker ved formanden for teknisk fysik på TUM og vicedirektør for Walther-Meißner-instituttet. "De to centrale spørgsmål var:Hvordan kan spin overføres til den todimensionale elektrongas, og hvordan kan transporten bevises?"

Informationstransport via spin

Forskerne løste problemet med spinoverførsel ved hjælp af en magnetisk kontakt. Mikrobølgestråling tvinger sine elektroner til en precessionsbevægelse, analogt med en tops vaklende bevægelse. Ligesom i en top, denne bevægelse varer ikke for evigt, men hellere, svækkes med tiden - i dette tilfælde ved at overføre sit spin til den todimensionale elektrongas.

Elektrongassen transporterer derefter spin-informationen til en ikke-magnetisk kontakt placeret en mikrometer ved siden af ​​kontakten. Den ikke-magnetiske kontakt registrerer centrifugering ved at absorbere centrifugeringen, opbygge et elektrisk potentiale i processen. Måling af dette potentiale gav forskerne mulighed for systematisk at undersøge transport af spin og demonstrere muligheden for at bygge broafstande op til hundrede gange større end afstanden til nutidens transistorer.

Baseret på disse resultater, forskerteamet undersøger nu, i hvilket omfang spin elektroniske komponenter med ny funktionalitet kan implementeres ved hjælp af dette materialesystem.