Spin- ja varausvirran hallintaa

17.10.2019

Groningen-kaarevat-nanokanavat-280-t.jpgPyyhkäisyelektronimikroskoopin kuva rakenteesta jolla saavutetaan puhtaan spinvirran kuljetus jota voidaan hallita muuttamalla nanokanavan 3D-geometriaa.

Spintroniset laitteet, jotka toimivat puhtailla spinvirroilla, edustavat uutta paradigmaa nanoelektroniikassa koska niiden energiatehokkuus vähäisine häviöineen on parempi verrattuna varausvirroilla toimiviin.

Tekniikka on kuitenkin käyttökelpoinen vain, jos nanokanavassa kehittyneen spinvirran määrää voidaan säätää tarpeen mukaan ja samalla tuottaa sähköinen yhteensopivuus muiden piirielementtien kanssa.

Mikrosirujen tehokkuuden lisäämiseksi nyt tutkitaan 3D-rakenteita. Spintroniset komponentit ovat kuitenkin aina tasaisen litteitä.

Yhdessä eurooppalaisten kollegoiden kanssa Groningenin yliopiston fyysikko Kumar Sourav Das on kehittänyt spintroniikan yhdistämisen 3D-elektroniikkaan luomalla kaarevia spinien kuljetuskanavia. Heidän kehittämänsä uusi geometria antaa mahdollisuuden virittää varausten ja spinien virtauksia itsenäisesti.

Tutkijoiden lähtökohta oli: kuinka virittää spinvirta geometrian avulla ja miten luoda spinkuljetus 3D-nanorakenteeseen. Elektronin spin on kvanttimekaaninen ominaisuus, magneettinen momentti, jota voidaan käyttää informaation siirtämiseen tai tallentamiseen. Spiniä on jo käytetty muistitallennuksessa ja sitä voidaan käyttää myös logiikkapiireissä.

”Toistaiseksi suurin osa spintroniikan rakenteista on perustunut tasaiseen rakenteeseen. Halusimme selvittää kuinka spin-virrat käyttäytyvät kaarevassa kanavassa”, Das kertoo.

Tutkijat työstivät ionisäteen avulla piidioksidisubstraattille kaivantoja ja kasvattivat niiden yli alumiiniset nanokanavat. Näin syntyneessä kaarevassa arkkitehtuurissa alumiinin paksuus vaihtelee nanomittojen skaaloissa, jotka ovat lyhyempiä kuin spinin relaksaatiopituus.

Erikokoisia kaivantoja luomalla ja sekä spinin resistanssin että varausvirtoja mittailemalla tutkijat havaitsivat, että kaivannon koon vaihtelut vaikuttavat spinin ja varauksen kuljetukseen kanavalla eri tavoilla. He siis pystyivät virittämään toisistaan riippumatta sekä spin- että varausvirtoja kanavan geometrian perusteella.

Tämä kyky mahdollistaa rakenne-elementin suunnittelun siten, että spinresistanssi sovitetaan spinpohjaiseen piiriin, esimerkiksi tehokkaaseen spininjektioon ja samanaikaisesti varausresistanssi sovittaa esimerkiksi varauspohjaiseen piiriin, esimerkiksi tehokkaaseen tehonsiirtoon.

"Tämä löytö on tärkeä, koska sen avulla voimme virittää spintroniset komponentit kohtaamaan sekä elektronisten piirien spinvirtaa että varausvirtaa", Das toteaa. "Se mahdollistaa spin-injektorien ja ilmaisimien tai spin-transistorien tehokkaan integroinnin moderniin 3D-piiriin."

Aiheesta aiemmin:

Kaksiulotteisia spin transistoreita ja muuntimia

Kytkin spinvirralle

Perusteita spintroniikalle

03.05.2024Puolijohdemateriaalista paljastuu "yllättävä" piilotoiminta
02.05.2024Äänivärähtelyihin perustuva kvanttimuisti
01.05.2024Joustava ja tehokas DC-muunnin kestävän energian mikroverkkoihin
30.04.2024Valo reagoi magneettikenttään kuin elektroni
29.04.2024Valoa tehokkaammin ja valolla tunnustellen
27.04.2024Aivojen kaltainen tietokone vedellä ja suolalla
26.04.2024Uudenlaisia kondensaattoreita ja keloja
25.04.2024Kvanttielektroniikka grafeenien avulla
24.04.2024Akku ja superkonkka yhteen soppii
23.04.2024Kaareva datalinkki esteitä ohittamaan

Siirry arkistoon »