Diamanter viser løfte om spintronic -enheder

Konventionel elektronik er afhængig af at kontrollere elektrisk ladning. For nylig, forskere har undersøgt potentialet for en ny teknologi, kaldet spintronics, der er afhængig af at detektere og kontrollere en partikels spin. Denne teknologi kan føre til nye typer mere effektive og kraftfulde enheder.

I et papir udgivet i Anvendt fysik bogstaver , forskere målte, hvor stærkt en ladningsbærers spin interagerer med et magnetfelt i diamant. Denne afgørende egenskab viser diamant som et lovende materiale til spintronic -enheder.

Diamant er attraktiv, fordi det ville være lettere at bearbejde og fremstille til spintroniske enheder end typiske halvledermaterialer, sagde Golrokh Akhgar, fysiker ved La Trobe University i Australien. Konventionelle kvanteindretninger er baseret på flere tynde lag af halvledere, som kræver en udførlig fremstillingsproces i et ultrahøjt vakuum.

"Diamant er normalt en ekstremt god isolator, "Sagde Akhgar. Men, når de udsættes for hydrogenplasma, diamanten inkorporerer hydrogenatomer i dens overflade. Når en hydrogeneret diamant introduceres i fugtig luft, det bliver elektrisk ledende, fordi der dannes et tyndt lag vand på overfladen, trækker elektroner fra diamanten. De manglende elektroner på diamantoverfladen opfører sig som positivt ladede partikler, kaldes huller, gør overfladen ledende.

Forskere fandt ud af, at disse huller har mange af de rigtige egenskaber til spintronics. Den vigtigste egenskab er en relativistisk effekt kaldet spin-orbit-kobling, hvor en ladningsbærers spin interagerer med dens kredsløb. En stærk kobling gør det muligt for forskere at kontrollere partikelens spin med et elektrisk felt.

I tidligere arbejde, forskerne målte, hvor stærkt et huls spin-orbit-kobling kunne konstrueres med et elektrisk felt. De viste også, at et eksternt elektrisk felt kunne indstille koblingens styrke.

I de seneste forsøg har forskerne målte, hvor stærkt et hulles spin interagerer med et magnetfelt. Til denne måling, forskerne anvendte konstante magnetfelter med forskellige styrker parallelt med diamantoverfladen ved temperaturer under 4 Kelvin. De anvendte også samtidigt et støt varierende vinkelret felt. Ved at overvåge, hvordan diamantens elektriske modstand ændrede sig, de bestemte g-faktoren. Denne mængde kan hjælpe forskere med at kontrollere spin i fremtidige enheder ved hjælp af et magnetfelt.

"Bærerens koblingsstyrke til elektriske og magnetiske felter ligger i hjertet af spintronics, "Akhgar sagde." Vi har nu de to afgørende parametre for manipulation af spins i det ledende overfladelag af diamant med enten elektriske eller magnetiske felter. "

Derudover diamant er gennemsigtig, så det kan inkorporeres i optiske enheder, der fungerer med synligt eller ultraviolet lys. Nitrogen-ledige diamanter-som indeholder nitrogenatomer parret med manglende kulstofatomer i sin krystalstruktur-viser løfte som en kvantebit, eller qubit, grundlaget for kvanteinformationsteknologi. At kunne manipulere spin og bruge det som en qubit kan føre til endnu flere enheder med uudnyttet potentiale, Sagde Akhgar.