Effektive ventiler til elektronspins

Forskere ved universitetet i Basel har i samarbejde med kolleger fra Pisa udviklet et nyt koncept, der bruger elektron -spin til at skifte en elektrisk strøm. Ud over grundforskning, sådanne centrifugeringsventiler er også nøgleelementerne i spintronics - en type elektronik, der udnytter centrifugeringen i stedet for ladningen af ​​elektroner. Resultaterne blev offentliggjort i det videnskabelige tidsskrift Kommunikationsfysik .

På et tidspunkt, spintronics kan blive et modeord, der er lige så meget en del af vores ordforråd som elektronik. Ideen bag det er at bruge vinkelmomentet (spin) af en elektron i stedet for den elektriske ladning. Forskere rundt om i verden har forfulgt dette mål i mange år. Spintronics lover mange applikationer inden for opbevaring og behandling af oplysninger, og kunne forbedre energieffektiviteten af ​​elektroniske enheder. En vigtig forudsætning er effektiv kontrol og detektion af elektronspins.

Et team af fysikere omkring professor Christian Schönenberger og Dr. Andreas Baumgartner fra Swiss Nanoscience Institute og Institut for Fysik ved University of Basel har nu udviklet en ny teknik til spintronik i halvlederudstyr. Forskere fra Instituto Nanoscienze-CNR i Pisa var også involveret.

Nanomagneter er nøglen

Til dette formål, forskerne danner to små halvlederøer (kvantepunkter) bag hinanden på en nanotråd og genererer magnetfelter i kvantepunkterne ved hjælp af nanomagneter. Ved hjælp af et eksternt felt, de er i stand til at styre disse magneter individuelt og kan dermed bestemme, om en kvantepunkt tillader elektroner at passere med et spin rettet opad (op) eller nedad (ned). Når to kvantepunkter er forbundet i serie, en strøm flyder kun, hvis begge er indstillet til 'op' eller begge til 'ned'. Ideelt set, ingen strøm flyder, hvis de er orienteret i modsatte retninger.

Arunav Bordoloi, første forfatter til publikationen og ph.d. elev i Schönenberger -teamet, fandt ud af, at denne metode frembragte en spin -polarisering tæt på det teoretiske maksimum. "Med denne teknik, vi kan vælge, om en enkelt elektron i en given centrifugeringstilstand må komme ind i eller forlade et kvantesystem - med en effektivitet, der er langt større end i konventionelle centrifugeringsventiler, " han siger.

"I de seneste år, forskere rundt om i verden fandt det en hård møtrik at knække for at fremstille spinventiler, der er nyttige til nano- og kvanteelektroniske enheder, "siger Dr. Andreas Baumgartner, der fører tilsyn med projektet. "Det er nu lykkedes os at producere en."

Udforske nye fænomener

Fysikerne kunne også vise, at magnetfelterne er lokaliseret til bestemte steder på nanotråden. "Denne teknik skulle derfor give os mulighed for at studere spin -egenskaber ved nye fænomener, der typisk er for følsomme over for magnetfelter, såsom nye tilstande i enderne af særlige superledere, "kommenterer Dr. Baumgartner.

Denne nye tilgang til spintronics skulle nu muliggøre direkte målinger af spin -korrelationer og spin -sammenfiltring og kaste nyt lys over mange gamle og nye fysiske fænomener. I fremtiden, konceptet kan endda vise sig nyttigt i jagten på at bruge elektronspins som den mindste informationsenhed (kvantebit) i en kvantecomputer.