The Spin Cycle:Nanoresearch kan føre til næste generation af transistorer

(PhysOrg.com) -- I årtier, transistorerne inde i radioer, fjernsyn og andre hverdagsgenstande har transmitteret data ved at kontrollere bevægelsen af ​​elektronens ladning. Forskere har nu opdaget, at transistorer kunne bruge mindre energi, generere mindre varme og arbejde ved højere hastigheder, hvis de udnyttede en anden egenskab ved elektronen:dens spin.

I 1921, forskere opdagede, at hver elektron har spin - et iboende vinkelmomentum, der får elektronen til at snurre, når den bevæger sig rundt om en akse. Siden da, forskere over hele verden og ved Ohio University har udviklet elektroniske enheder, der integrerer data i en elektrons spin. Det nye område af spinelektronik – eller spintronics – kan revolutionere hukommelseslagringsenheder og kvantecomputere.

Indtil nu, forskere, der udvikler spin-elektronik, har kontrolleret spin ved at fastgøre en ekstern magnet direkte til enhederne. Men med efterspørgslen efter mindre transistorer stigende, at bruge en omfangsrig magnet er ikke en effektiv eller praktisk måde at manipulere orienteringen af ​​en elektrons spin på, sagde Sergio Ulloa, professor i fysik og astronomi ved Ohio University.

"Den hellige gral i spintronics er at adressere spin med noget andet end magneter, ” sagde Ulloa. "Et elektrisk felt er bærbart og nemt at tænde og slukke."

Ulloa og kandidatstuderende Anh Tuan Ngo hjalp med at løse dette problem ved at levere teoretisk modellering for et nyligt eksperiment, der var det første til at kontrollere en elektrons spin ved hjælp af rent elektriske felter. Disse resultater blev offentliggjort i tidsskriftet Natur nanoteknologi .

Holdet samarbejdede med en forskergruppe ved University of Cincinnati, ledet af Philippe Debray og Marc Cahay. Debray udtænkte og designede eksperimenterne. Ohio University-forskernes beregninger forklarede elektronernes adfærd under Debrays eksperimentelle forhold og forudsagde, hvor stærk det elektriske felts kontrol over spindet ville være.

Deres forskning afslørede også en af ​​nøglebetingelserne for eksperimentet - at den lille forbindelse, langs hvilken elektronerne bevæger sig i enheden, skal være asymmetrisk.

"Forestil dig, at du går gennem en skov, og der er bjerge på hver side af dig. Hvis bjergene på den ene side er højere, du vil være i stand til at fortælle, hvilken retning du går, sagde Ulloa. "Elektronen vil vide, at der er asymmetri, og dens spin vil være i stand til at fortælle, hvilken vej der er op."

Styring af spin elektronisk har store konsekvenser for fremtiden for nye enheder såsom transistorer, men dette eksperiment er kun det første skridt af mange, sagde Ulloa. Det næste trin ville være at omarbejde eksperimentet, så det kunne udføres på et højere, mere praktisk temperatur, der ikke kræver brug af flydende helium.

Leveret af Ohio University (nyheder:web)