Ultrahurtige elektroner i magnetiske oxider:En ny retning for spintronics?

Særlige metaloxider kan en dag erstatte halvledermaterialer, der almindeligvis bruges i dag i processorer. Nu, for første gang, et internationalt forskerteam fra Martin Luther University Halle-Wittenberg (MLU), universitetet i Kaiserslautern og universitetet i Fribourg i Schweiz var i stand til at observere, hvordan elektronisk ladningsexitation ændrer elektronspin i metaloxider på en ultrahurtig og faset måde. Undersøgelsen blev offentliggjort i tidsskriftet Naturkommunikation .

I moderne halvlederelektronik, det første vigtige trin i hver transistor er at løfte elektroner over det såkaldte båndgab i halvlederen. Elektroner skal bevæge sig gennem et materiale, dvs. faktisk, ikke-ledende. "Efter at de har været spændte over bandgabet, elektronernes bevægelige elektriske ladninger genererer de strømme, der bruges til informationsbehandling. Disse strømme kan få processorer til at blive varme, fører til energitab, "forklarer professor Wolf Widdra fra Institut for Fysik på MLU.

Spintronics forsøger at løse dette problem ved hjælp af såkaldt spin. Dette er den iboende vinkelmoment for en elektron, der producerer det magnetiske moment, og derved generere den magnetisme, der bruges i informationsbehandling. Koblingen af ​​elektroniske og magnetiske egenskaber bestemmer funktionaliteten. "Magnetiske oxider er en vigtig klasse af materialer til spintronics, fordi de ikke overfører elektronstrøm, kun magnetisk information, "siger Widdra, der ledede undersøgelsen som en del af det fælles Collaborative Research Center CRC/TRR 227 "Ultrafast Spin Dynamics" på MLU og Freie Universität Berlin. Indtil for nylig, imidlertid, det havde ikke været klart, hvordan elektronoverførslen hen over båndgabet kombineret med magnetoxidets spin. Teamet har nu med succes observeret denne proces og har udviklet en ny teori til det. Grupper af teoretiske og eksperimentelle fysikere gik sammen om at tackle dette problem.

Ved hjælp af en state-of-the-art, ultrakort pulslaser, forskerne var i stand til at ophidse en elektron til at løfte den over båndgabet i nikkeloxid. De observerede også, hvordan oplysningerne derefter blev overført til magnetsystemet. Dette gjorde det muligt for teamet at identificere en tidligere ukendt ultrahurtig koblingsmekanisme, der forekommer på en femtosekundskala, dvs. en kvadrilliondel af et sekund. "De komplekse egenskaber med mange legemer, der genereres ved excitation af elektronen ved hjælp af laseren, har afsløret denne overraskende observation, men har også fået os til at tænke længe over, hvordan vi skal tolke det korrekt, "tilføjer Widdra.

Ifølge fysikeren, resultaterne baner nu vejen for ultrahurtig spintronics. Dette bør lette udviklingen af ​​nye ultrahurtige lagringssystemer og informationsteknologier i fremtiden.