Forskere kombinerer spintronik og nanofotonik i 2-D-materiale

Spintronics er et spirende felt, hvor elektronernes spin, snarere end anklagen, bruges til at behandle data. Desværre, spindet varer kun i meget kort tid, gør det svært at udnytte i elektronik. Forskere fra Kavli Institute of Nanoscience ved TU Delft, samarbejder med den nederlandske Organisation for Videnskabelig Forsknings AMOLF-institut, har nu fundet en måde at konvertere spin information til et forudsigeligt lyssignal ved stuetemperatur. Opdagelsen bringer spintronics og nanophotonics verdener tættere på hinanden og kan føre til udviklingen af ​​en energieffektiv måde at behandle data på. i datacentre, for eksempel. Forskerne har redegjort for deres resultater i Videnskab .

Forskningen involverede en nanokonstruktion bestående af to komponenter:en ekstremt tynd sølvtråd, og et 2-D materiale kaldet wolframdisulfid. Forskerne fastgjorde sølvtråden til en skive wolframdisulfid, der kun målte fire atomer i tykkelsen. Ved at bruge cirkulært polariseret lys, de skabte det, der er kendt som 'excitoner' med en bestemt rotationsretning. Retningen af ​​dette spin kunne initialiseres ved hjælp af laserlysets rotationsretning.

Oprindelig tilstand

Excitoner er faktisk elektroner, der er hoppet ud af deres kredsløb. Med denne teknik, laserstrålen sikrer, at elektronerne sendes ud i en bredere bane omkring et positivt ladet hul på nogenlunde samme måde som et brintatom. De således skabte excitoner ønsker at vende tilbage til deres oprindelige tilstand. Da de vender tilbage til den mindre bane, de udsender energi i form af lys. Dette lys indeholder spin information, men udsendes i alle retninger.

For at bruge spinoplysningerne, Delft-forskerne vendte tilbage til en tidligere opdagelse. De havde vist, at når lys bevæger sig langs en nanotråd, det er ledsaget af et roterende elektromagnetisk felt meget tæt på ledningen:Det drejer med uret på den ene side af ledningen, og mod uret på den anden side. Når lyset bevæger sig i den modsatte retning, rotationsretningerne ændres, også. Så den lokale rotationsretning af det elektromagnetiske felt er låst en-til-en til den retning, lyset bevæger sig langs ledningen. "Vi bruger dette fænomen som en type låsekombination, " forklarer Kuipers. "En exciton med en bestemt rotationsretning kan kun udsende lys langs gevindet, hvis de to rotationsretninger stemmer overens."

Opto-elektroniske kontakter

Der skabes en direkte forbindelse mellem spin-informationen og lysets udbredelsesretning langs nanotråden. Det fungerer næsten perfekt:Spin-informationen 'lanceres' i den rigtige retning langs tråden i 90 procent af tilfældene. På denne måde skrøbelige spin-informationer kan omhyggeligt konverteres til et lyssignal og transporteres over langt større afstande. Takket være denne teknik, som virker ved stuetemperatur, du kan nemt lave nye optoelektroniske kredsløb. Kuipers:"Du behøver ikke en strøm af elektroner, og der frigives ingen varme. Dette gør det til en meget lavenergi måde at overføre information på."

Opdagelsen baner vejen for at kombinere spintronics og nanophotonics verdener. Kuipers:"Denne kombination kan meget vel resultere i grønne informationsbehandlingsstrategier på nanoskala."

I en separat undersøgelse offentliggjort i samme nummer af Videnskab i dag, andre forskere fra Kavli-instituttet for nanovidenskab ved TU Delft fandt også en måde at overføre spin-information til fotoner på.