De mindste spin-enheder bliver mere stabile

(Phys.org)—I 2011, forskningsgruppen Roland Wiesendanger, Fysik professor ved universitetet i Hamborg i Tyskland, fremstillet en spin-baseret logisk enhed ved hjælp af spin af enkelte atomer, en bedrift, der repræsenterer de ultimative grænser for miniaturisering. I disse små enheder, alle atomerne skal placeres præcist, så deres spin information kan overføres fra det ene atom til det næste.

Problemet er, at atomerne ikke ønsker at blive i deres udpegede positioner ret længe. Selv den mindste mængde varme kan overvinde den svage magnetiske kobling mellem et atom og et substrat, der hjælper med at holde atomet på plads. Som resultat, den spin-baserede logiske enhed fungerer kun ved temperaturer under 0,3 K, knap over det absolutte nulpunkt.

Nu i et nyt blad udgivet i Nano bogstaver , Wiesendangers team har demonstreret spin-baserede logiske enheder, der er lavet af molekyler i stedet for atomer. Molekylerne holdes på plads af superexchange magnetisk kobling, som er meget stærkere end svag magnetisk kobling. De stærkere interaktioner oversættes til en størrelsesorden højere driftstemperatur, op til 6 K. De molekylære spin-enheder, som er næsten lige så små som atomversionen, har meget højere stabilitet, og de tilbyder stadig de samme potentielle fordele ved højhastighedsdrift og lavt strømforbrug, som gør spintronics-enheder så attraktive.

"Vi har nu alle byggestykkerne på overfladen for at skabe enheder ud af molekylære byggeklodser, " hovedforfatter Maciej Bazarnik, en fysiker ved universitetet i Hamburg og ved Poznan University of Technology i Polen, fortalte Phys.org .

Generelt, spin-baserede enheder virker ved at kontrollere elektronernes spins, ligesom konventionelle elektroniske enheder styrer elektronladningen. Svarende til hvordan ladning anses for at være enten negativ eller positiv, spin betragtes som enten op eller ned. Ved at påføre et magnetfelt, forskere kan generere et overskud af spin op eller spin ned elektroner, skabe en netto spin polarisering og producere en magnetisk spin strøm.

For at bygge en all-spin logikenhed, udfordringen er, at atomerne og molekylerne skal arrangeres, så de fungerer som ledninger, vejkryds, og andre byggeklodser til at overføre den let forstyrrede spin-information fra et sted til et andet.

I den nye undersøgelse, forskerne byggede disse komponenter ud af koordinationsforbindelser, som er magnetiske molekyler, der består af et centralt metalatom (her, kobolt) knyttet til omgivende grupper af atomer. Disse grupper er nøje udvalgt for at opnå stærke magnetiske vekselvirkninger mellem de spin-bærende metalatomer i tilstødende forbindelser, tillader spin-informationen at blive overført.

Forskerne konstruerede også den kemiske struktur for at afhjælpe et andet problem, som spin-enheder i atomare skala står over for:ved at transportere spin-informationen mere direkte mellem kryds, de kunne i høj grad reducere uønsket interferens med tilstødende enheder.

Med deres større stabilitet, de molekylære spin-logiske enheder repræsenterer et skridt i retning af at lave meget små spin-enheder ved højere temperaturer, hvilket er nødvendigt for at realisere fremtidige ansøgninger.

"Vi udforsker forskellige magnetiske centre i vores molekyler for at opnå stærkere magnetiske koblinger og hæve driftstemperaturen endnu højere, " sagde Bazarnik. "Da all-spin-enheder i sidste ende er små, at bruge dem i fremtidens nanoelektronik ville være gavnligt. De opererer på en spin-frihedsgrad, og derfor er der ingen strømning af [elektrisk] strøm nødvendig for, at informationen kan transmitteres. Derfor er der ingen opvarmning og meget lavt strømforbrug."

© 2016 Phys.org