Praktisk spin -bølgetransistor et skridt nærmere

Fysikere ved University of Groningen har formået at ændre strømmen af ​​spinbølger gennem en magnet, kun ved hjælp af en elektrisk strøm. Dette er et stort skridt i retning af spin -transistoren, der er nødvendig for at konstruere spintronic -enheder. Disse lover at være meget mere energieffektive end konventionel elektronik. Resultaterne blev offentliggjort den 2. marts i Fysisk gennemgangsbreve .

Spin er en kvantemekanisk egenskab af elektroner. Kort fortalt, det får elektroner til at opføre sig som små magnetiske kompasnåle, der kan pege op eller ned. Dette kan bruges til at overføre eller gemme oplysninger, skabe spintroniske enheder, der lover flere fordele i forhold til normal mikroelektronik.

I en konventionel computer, separate enheder er nødvendige for datalagring (ofte ved hjælp af en magnetisk proces) og databehandling (elektroniske transistorer). Spintronics kunne integrere begge dele i en enhed, så det ville ikke længere være nødvendigt at flytte oplysninger mellem lagrings- og behandlingsenheder. Desuden, spins kan gemmes på en ikke-flygtig måde, hvilket betyder, at deres opbevaring ikke kræver energi, i modsætning til normal RAM -hukommelse. Alt dette betyder, at spintronics potentielt kunne lave hurtigere og mere energieffektive computere.

Bølge

For at indse dette, mange skridt skal tages, og der skal indhentes en masse grundlæggende viden. Physics of Nano Devices-gruppen af ​​fysikprofessor Bart van Wees ved University of Groningens Zernike Institute of Advanced Materials er i spidsen for dette felt. I deres seneste avis, de præsenterer en spin -transistor baseret på magnoner. Magnoner, eller spin bølger, er en bølgetype, der kun forekommer i magnetiske materialer. 'Du kan se magnoner som en bølge, eller en partikel, ligesom elektroner ', forklarer Ludo Cornelissen, Ph.d. -studerende i Van Wees -gruppen og første forfatter af papiret.

I deres eksperimenter, Cornelissen og Van Wees genererer magnoner i materialer, der er magnetiske, men også elektrisk isolerende. Elektroner kan ikke rejse gennem magneten, men spinbølgerne kan - ligesom en bølge på et stadion bevæger sig, mens tilskuerne alle bliver på plads. Cornelissen brugte en stribe platin til at injicere magnoner i en magnet lavet af yttriumjerngranat (YIG). 'Når en elektronstrøm bevæger sig gennem strimlen, elektroner spredes ved samspillet med de tunge atomer, en proces, der kaldes spin Hall -effekten. Spredningen afhænger af spin af disse elektroner, så elektroner med spin op og spin ned adskilles. '

Spin flip

På grænsefladen mellem platin og YIG, elektronerne hopper tilbage, da de ikke kan komme ind i magneten. 'Når dette sker, deres spin vender op og ned, eller omvendt. Imidlertid, dette forårsager et parallelt spin flip inde i YIG, som skaber en magnon. ' Magnonerne rejser gennem materialet og kan detekteres med en anden platinstrimmel.

'Vi beskrev denne spintransport gennem en magnet for noget tid siden. Nu, vi har taget det næste skridt:Vi ville påvirke transporten. ' Dette blev gjort ved hjælp af en tredje platinstrimmel mellem injektor og detektor. Ved at anvende en positiv eller negativ strøm, det er muligt enten at injicere yderligere magnoner i ledningskanalen eller dræne magnoner fra den. 'Det gør vores opsætning analog med en felteffekttransistor. I en sådan transistor, et elektrisk felt i en portelektrode reducerer eller øger antallet af frie elektroner i kanalen, dermed lukke eller øge strømmen. '

Cornelissen og hans kolleger viser, at tilføjelse af magnoner øger centrifugeringsstrømmen, mens dræning forårsager en betydelig reduktion. 'Selvom vi endnu ikke var i stand til at slukke magnonstrømmen helt, denne enhed fungerer som en transistor ', siger Cornelissen. Teoretisk modellering viser, at reducering af enhedens tykkelse kan øge udtømningen af ​​magnoner nok til at stoppe magnonstrømmen fuldstændigt.

Superledningsevne

Men der er en anden interessant mulighed, forklarer Cornelissens vejleder Bart van Wees:'I en tyndere enhed, det kunne være muligt at øge mængden af ​​magnoner i kanalen til et niveau, hvor de ville danne et Bose-Einstein-kondensat.' Dette er det fænomen, der er ansvarlig for superledning. Og det sker ved stuetemperatur, i modsætning til normal superledning, som kun forekommer ved meget lave temperaturer.

Undersøgelsen viser, at der kan laves en YIG -spin -transistor, og at dette materiale på sigt endda kunne producere en spin -superleder. Systemets skønhed er, at spin -indsprøjtning og kontrol af spin -strømme opnås med en simpel jævnstrøm, gør disse spintronic -enheder kompatible med normal elektronik. 'Vores næste skridt er at se, om vi kan realisere dette løfte', slutter Van Wees.