Forskere skaber helelektrisk spintronik

Et tværfagligt team af UC-forskere er de første til at finde en innovativ og ny måde at kontrollere en elektrons spin-orientering ved hjælp af rent elektriske midler.

Deres resultater blev for nylig offentliggjort i den prestigefyldte, højprofileret journal" Natur nanoteknologi , " i en artikel med titlen "All-Electric Quantum Point Contact Spin-Polarizer."

I årtier, transistorerne inde i radioer, fjernsyn og andre almindelige elektroniske genstande har transmitteret data ved at kontrollere bevægelsen af ​​en elektrons ladning. Forskere har siden opdaget, at transistorer, der fungerer ved at kontrollere en elektrons spin i stedet for dens ladning, ville bruge mindre energi, generere mindre varme og køre ved højere hastigheder. Dette har resulteret i et nyt forskningsfelt - spinelektronik eller spintronik - der tilbyder et af de mest lovende paradigmer for udviklingen af ​​nye enheder til brug i post-CMOS (komplementær metal-oxid-halvleder) æra.

Indtil nu, forskere har forsøgt at udvikle spin-transistorer ved at inkorporere lokale ferromagneter i enhedsarkitekturer. Dette resulterer i betydelige designkompleksiteter, især i lyset af den stigende efterspørgsel efter mindre og mindre transistorer, " siger Philippe Debray, forskningsprofessor ved Institut for Fysik i McMicken College of Arts &Sciences. "En langt bedre og praktisk måde at manipulere orienteringen af ​​en elektrons spin på ville være ved at bruge rent elektriske midler, som at tænde og slukke for en elektrisk spænding. Dette vil være spintronik uden ferromagnetisme eller helelektrisk spintronik, halvlederspintronikkens hellige gral."

Holdet af forskere ledet af Debray og professor Marc Cahay (Afdelingen for Elektro- og Computerteknik) er de første til at finde en innovativ og ny måde at kontrollere en elektrons spin-orientering ved hjælp af rent elektriske midler.

"Vi brugte en kvantepunktkontakt - en kort kvantetråd - lavet af halvlederindiumarsenid til at generere stærkt spin-polariseret strøm ved at indstille ledningens potentielle indespærring ved forspænding af portene, der skaber den, " siger Debray.

I diagrammet til venstre, (Venstre) Scanningselektronmikrofotografi af kvantepunktkontakten illustrerer skematisk upolariserede (spin op og spin ned) elektroner, der falder ind til venstre, og kommer ud af enheden spin-polariseret med spin op. (Højre) Rumlig fordeling af spinpolarisering i kvantepunktkontaktindsnævringen.

Debray fortsætter, "Nøglebetingelsen for succesen af ​​eksperimentet er, at den potentielle indeslutning af ledningen skal være asymmetrisk - de tværgående modsatte kanter af kvantepunktkontakten skal være asymmetriske. Dette blev opnået ved at indstille gatespændingerne. Denne asymmetri tillader elektronerne - takket være relativistiske effekter - at interagere med deres omgivelser via spin-orbit-kobling og blive polariseret. Koblingen udløser spin-polariseringen, og Coulomb-elektron-elektron-interaktionen forbedrer den."

Styring af spin elektronisk har store konsekvenser for den fremtidige udvikling af spin-enheder. Arbejdet fra Debrays team er det første skridt. Det næste eksperimentelle trin ville være at opnå de samme resultater ved en højere temperatur ved brug af et andet materiale, såsom galliumarsenid.

Kilde:University of Cincinnati (nyheder:web)