Spintronics:Hvordan en atomtynd isolator hjælper med at transportere spins

Spintronics, et felt, der kombinerer studiet af elektronspin og deres transport med elektroniske enheder, lover at fremme datalagring og hukommelsesteknologier. En væsentlig udfordring inden for spintronics har været at finde materialer, der effektivt kan transportere spins over lange afstande. Nu har forskere opdaget, at en atomtynd isolator kan spille en afgørende rolle for at forbedre spintransport i visse materialer.

I en nylig undersøgelse offentliggjort i Nature Materials demonstrerede forskere fra University of California, Berkeley og Lawrence Berkeley National Laboratory, hvordan et atom-tyndt lag af hexagonal bornitrid (h-BN) kan forbedre spintransport i et todimensionalt halvledermateriale kendt som wolframdiselenid (WSe2).

Når en elektron bevæger sig gennem et materiale, bærer den ikke kun en elektrisk ladning, men også et magnetisk moment, kendt som dets spin. I spintronics er målet at udnytte og manipulere disse spins til informationsbehandling og -lagring. Spins kan dog nemt miste deres sammenhæng og vende retninger på grund af interaktioner med det omgivende miljø.

Forskerne fandt ud af, at anbringelse af et atomisk tyndt lag af h-BN oven på WSe2 førte til en betydelig forbedring af spintransportegenskaberne. h-BN-laget fungerede som en beskyttende barriere, der beskyttede spins i WSe2 mod interaktioner med defekter og urenheder på overfladen. Dette gjorde det muligt for spins at rejse længere afstande uden at miste deres sammenhæng.

Forskerholdet tilskrev den forbedrede spintransport til højkvalitetsgrænsefladen mellem h-BN og WSe2. Det atomisk glatte h-BN-lag minimerede spredning og gav et rent miljø til spintransport i WSe2.

Resultaterne tyder på, at h-BN og andre todimensionelle isolatorer kan spille en afgørende rolle i fremtidige spintroniske enheder ved at muliggøre effektiv spintransport og manipulation. Dette kan føre til betydelige fremskridt inden for spin-baserede datalagrings- og hukommelsesteknologier, hvilket kan bane vejen for hurtigere og mere energieffektiv databehandling.

Undersøgelsen fremhæver også vigtigheden af ​​materialeteknik og grænsefladedesign i spintronik, hvor styring af materialers egenskaber på atomniveau kan føre til gennembrud i enhedens ydeevne.