Spin-transistori askeleen lähempänä

Groningenin yliopiston fyysikot ovat onnistuneet muuttamaan spin-aaltojen vuota magneetin läpi tasavirran avulla. Tämä on askel kohti spintransistoria, jota tarvitaan spintronisten laitteiden rakentamiseen.

Spintroniikan avulla voisi tehdä nopeampaa ja energiatehokkaampaa tietotekniikkaa. Sellaisen toteuttamiseksi on toteutettava monia askeleita, ja on saatava paljon perustavaa laatua olevaa tietoa.

Professori Bart van Weesin ryhmä on uusimmassa tutkimusjulkaisussaan esittänyt magnoniin perustuvan spintransistorin. Magnonit esiintyvät vain magneettisissa materiaaleissa. "Voit nähdä magnonit aaltona tai hiukkasina, kuten elektronit", kertoo Van Wees -ryhmän Phd-tutkija Ludo Cornelissen.

Kokeissaan Cornelissen ja Van Wees tuottavat magnoneja materiaaleissa, jotka ovat magneettisia mutta sähköisesti eristäviä. Elektronit eivät voi kulkea magneetin läpi, mutta spinaallot voivat.

Platinanauhan avulla tutkijat injektoivat magnoneja yttrium-rauta granaatista (YIG) valmistettuun magneettiin. Kun elektronivirta kulkee nauhan läpi spin Hall –vaikutus sirottaa elektroneja tavalla joka erottaa ylös ja alas spinit toisistaan.

Platinan ja YIG:n rajapinnassa elektronit ponnahtavat takaisin, koska ne eivät pääse magneettiin. Tässä vaiheessa spinit vaihtavat suuntaansa ja samalla aiheuttaa rinnakkaisen spinin pyöräytyksen YIG:n sisällä, mikä luo magnonin.

Magnonit kulkevat materiaalin läpi ja ne voidaan havaita toisella platinanauhalla. Lisäksi näiden välissä olevalla platina-nauhan virran suunnalla voidaan joko lisätä tai vähentää magnoneita johtokanavassa.

Tutkijoiden mukaan he eivät vielä pysty katkaisemaan magneettivirtaa kokonaan mutta teoreettinen mallinnus osoittaa, että sekin olisi mahdollista rakenteen paksuutta pienentämällä.

Lisäksi tutkijat huomasivat, että ohuemmassa rakenteessa voisi olla mahdollista lisätä kanavassa magnonien määrää tasolle, jossa ne muodostaisivat Bose-Einstein-kondensaatin ja siten spinien suprajohtavuuden huoneenlämmössä.

Tutkimus osoittaa, että voidaan valmistaa YIG-spin-transistori ja että pitkällä tähtäimellä tämä materiaali voisi jopa tuottaa spin-suprajohteen. Järjestelmän kauneus on se, että spin-injektio ja spin-virtojen ohjaus saadaan aikaan tasavirralla, mikä tekee näistä spintronisista rakenteista yhteensopivia normaalin elektroniikan kanssa.

"Seuraava vaiheemme on nähdä, voimmeko toteuttaa tämän lupauksen", Bart Van Wees toteaa yliopistonsa tiedotteessa.

Aiheesta aiemmin:

Vauhtia käytännön spintroniikalle