Forskere lærer at kontrollere elektronspin ved stuetemperatur for at gøre enheder mere effektive og hurtigere

Efterhånden som vores enheder bliver mindre, hurtigere, mere energieffektive og i stand til at indeholde større mængder data, kan spintronics fortsætte denne bane. Mens elektronik er baseret på strømmen af ​​elektroner, er spintronik baseret på elektronernes spin.

En elektron har en spin-frihedsgrad, hvilket betyder, at den ikke kun holder en ladning, men også fungerer som en lille magnet. I spintronics er en nøgleopgave at bruge et elektrisk felt til at styre elektronspin og rotere magnetens nordpol i en given retning.

Den spintroniske felteffekttransistor udnytter den såkaldte Rashba eller Dresselhaus spin-orbit koblingseffekt, hvilket tyder på, at man kan styre elektronspin ved elektrisk felt. Selvom metoden lover effektiv og højhastighedsbehandling, skal visse udfordringer overvindes, før teknologien når sit sande, miniature, men kraftfulde og miljøvenlige potentiale.

I årtier har forskere forsøgt at bruge elektriske felter til at kontrollere spin ved stuetemperatur, men det har været umuligt at opnå effektiv kontrol. I forskning for nylig offentliggjort i Nature Photonics , tog et forskerhold ledet af Jian Shi og Ravishankar Sundararaman fra Rensselaer Polytechnic Institute og Yuan Ping fra University of California i Santa Cruz et skridt fremad i løsningen af ​​dilemmaet.

"Du vil have, at Rashba- eller Dresselhaus-magnetfeltet skal være stort for at få elektronen til at spinde hurtigt," sagde Dr. Shi, lektor i materialevidenskab og teknik. "Hvis det er svagt, går elektronspindet langsomt frem, og det ville tage for lang tid at tænde eller slukke for spintransistoren. Men ofte fører et større indre magnetfelt til, hvis det ikke er arrangeret godt, til dårlig kontrol af elektronspin."

Holdet demonstrerede, at en ferroelektrisk van der Waals lagdelt perovskitkrystal med unik krystalsymmetri og stærk spin-kredsløbskobling var et lovende modelmateriale til at forstå Rashba-Dresselhaus spinfysik ved stuetemperatur. Dens ikke-flygtige og rekonfigurerbare spin-relaterede optoelektroniske egenskaber ved stuetemperatur kan inspirere til udviklingen af ​​vigtige designprincipper til at muliggøre en rumtemperatur-spinfelteffekttransistor.

Simuleringer afslørede, at dette materiale var særligt spændende, ifølge Dr. Sundararaman, lektor i materialevidenskab og teknik. "Det indre magnetfelt er samtidigt stort og perfekt fordelt i en enkelt retning, hvilket gør det muligt for spins at rotere forudsigeligt og i perfekt koncert," sagde han. "Dette er et nøglekrav for at bruge spins til pålidelig overførsel af information."

"Det er et skridt fremad mod den praktiske realisering af en spintronisk transistor," sagde Dr. Shi. + Udforsk yderligere

Når lys og elektroner spinder sammen